Ang mga physicist sa University of Washington ay lumikha ng isang likido na may negatibong masa. Itulak ito, at hindi tulad ng lahat ng pisikal na bagay sa mundo na alam natin, hindi ito bumibilis sa direksyon ng pagtulak. Siya accelerates sa reverse side. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay bihirang nilikha sa lab at maaaring magamit upang tuklasin ang ilan sa mga mas kumplikadong konsepto tungkol sa kosmos, sabi ni Michael Forbes, associate professor, physicist at astronomer sa University of Washington. Ang pag-aaral ay lumabas sa Physical Review Letters.
Hypothetically, maaaring magkaroon ng negatibong masa ang matter sa parehong kahulugan na iyon singil ng kuryente maaaring maging negatibo at positibo. Ang mga tao ay bihirang mag-isip tungkol dito, at ang ating pang-araw-araw na mundo ay nagpapakita lamang ng mga positibong aspeto ng Ikalawang Batas ng Paggalaw ni Isaac Newton, ayon sa kung saan ang puwersa na kumikilos sa isang katawan ay katumbas ng produkto ng masa ng katawan at ang acceleration na ibinibigay ng puwersang ito. , o F = ma.
Sa madaling salita, kung itulak mo ang isang bagay, ito ay bibilis sa direksyon ng iyong pagtulak. Ang masa ay magpapabilis nito sa direksyon ng puwersa.
"Nasanay na kami sa ganitong kalagayan," sabi ni Forbes, na naghihintay ng isang sorpresa. "Sa negatibong masa, kung itulak mo ang isang bagay, ito ay accelerate patungo sa iyo."
Mga kondisyon para sa negatibong masa
Kasama ang mga kasamahan, nilikha niya ang mga kondisyon para sa negatibong masa sa pamamagitan ng paglamig ng mga atomo ng rubidium sa isang estado na halos ganap na zero at sa gayon ay lumilikha ng isang Bose-Einstein condensate. Sa ganitong estado, hinulaan nina Shatyendranath Bose at Albert Einstein, ang mga particle ay gumagalaw nang napakabagal at, sumusunod sa mga prinsipyo quantum mechanics kumilos na parang alon. Nag-synchronize din sila at gumagalaw nang sabay-sabay bilang isang superfluid na dumadaloy nang walang pagkawala ng enerhiya.
Pinangunahan ni Peter Engels, isang propesor ng physics at astronomy sa Unibersidad ng Washington, nilikha ng mga siyentipiko sa ikaanim na palapag ng Webster Hall ang mga kundisyong ito sa pamamagitan ng paggamit ng mga laser upang pabagalin ang mga particle, ginagawa itong mas malamig at pinapayagan ang mainit, mataas na enerhiya na mga particle na makatakas tulad ng singaw, pinapalamig pa ang materyal.
Nakuha ng mga laser ang mga atomo na parang nasa isang mangkok na wala pang isang daang microns ang laki. Sa yugtong ito, ang superfluid rubidium ay may karaniwang masa. Ang pagkalagot ng mangkok ay nagpapahintulot sa rubidium na makatakas, na lumalawak habang ang rubidium sa gitna ay pinilit palabas.
Upang lumikha ng negatibong masa, gumamit ang mga siyentipiko ng pangalawang hanay ng mga laser na nagtulak sa mga atomo pabalik-balik, na binabago ang kanilang pag-ikot. Ngayon, kapag mabilis na naubos ang rubidium, kumikilos ito na parang may negatibong masa. "Itulak mo at bibilis papasok magkasalungat na daan sabi ni Forbes. "Ito ay tulad ng rubidium na tumama sa isang hindi nakikitang pader."
Pag-aalis ng mga pangunahing depekto
Ang pamamaraang ginamit ng mga siyentipiko ng Unibersidad ng Washington ay umiwas sa ilan sa mga pangunahing bahid na natagpuan sa mga nakaraang pagtatangka upang maunawaan ang negatibong masa.
"Ang unang bagay na napagtanto namin ay mayroon kaming mahigpit na kontrol sa likas na katangian ng negatibong masa na ito nang walang anumang iba pang mga komplikasyon," sabi ni Forbes. Ipinapaliwanag ng kanilang pag-aaral, na mula sa posisyon ng negatibong masa, katulad na pag-uugali sa ibang mga sistema. Ang pagtaas ng kontrol ay nagbibigay sa mga mananaliksik bagong kasangkapan upang bumuo ng mga eksperimento upang pag-aralan ang katulad na pisika sa astrophysics, gamit ang halimbawa mga neutron na bituin, at mga cosmological phenomena tulad ng mga black hole at dark energy, kung saan ang mga eksperimento ay sadyang hindi posible.
Hypothetical wormhole sa spacetime
AT teoretikal na pisika, ay ang konsepto ng isang hypothetical substance na ang masa ay may kabaligtaran na halaga ng masa normal na bagay(tulad ng isang electric charge ay maaaring maging positibo at negatibo). Halimbawa, -2 kg. Ang gayong sangkap, kung ito ay umiiral, ay makakagambala sa isa o higit pa, at magpapakita ng ilan kakaibang katangian. Ayon sa ilang haka-haka na teorya, ang negatibong mass matter ay maaaring gamitin upang lumikha ( mga wormhole) sa espasyo-panahon.
Parang ganap na kathang-isip, ngunit ngayon ay isang pangkat ng mga pisiko mula sa Unibersidad ng Washington, Unibersidad ng Washington, OIST University (Okinawa, Japan) at Pamantasan ng Shanghai, na nagpapakita ng ilan sa mga katangian ng isang hypothetical na materyal na may negatibong masa. Halimbawa, kung itulak mo ang sangkap na ito, ito ay mapabilis hindi sa direksyon ng paggamit ng puwersa, ngunit sa kabaligtaran na direksyon. Ibig sabihin, bumibilis ito sa kabilang direksyon.
Upang lumikha ng isang sangkap na may mga katangian ng isang negatibong masa, ang mga siyentipiko ay naghanda ng isang Bose-Einstein condensate sa pamamagitan ng paglamig ng mga atomo ng rubidium sa halos ganap na zero. Sa ganitong estado, ang mga particle ay gumagalaw nang napakabagal, at quantum effects magsimulang lumitaw sa antas ng macroscopic. Iyon ay, alinsunod sa mga prinsipyo ng quantum mechanics, ang mga particle ay nagsisimulang kumilos tulad ng mga alon. Halimbawa, nag-synchronize sila sa isa't isa at dumadaloy sa mga capillary nang walang alitan, iyon ay, nang hindi nawawala ang enerhiya - ang epekto ng tinatawag na superfluidity.
Sa laboratoryo ng Unibersidad ng Washington, ang mga kundisyon ay nilikha para sa pagbuo ng isang Bose-Einstein condensate sa dami na mas mababa sa 0.001 mm³. Ang mga particle ay pinabagal ng isang laser at naghintay para sa pinaka-energetic sa kanila na umalis sa lakas ng tunog, na lalong nagpalamig sa materyal. Sa yugtong ito, ang supercritical fluid ay mayroon pa ring positibong masa. Kung ang hermeticity ng sisidlan ay nilabag, ang rubidium atoms ay makakalat sa magkaibang panig, dahil itutulak ng mga gitnang atomo ang mga matinding atomo palabas, at sila ay magpapabilis sa direksyon ng paggamit ng puwersa.
Upang lumikha ng negatibong epektibong masa, gumamit ang mga pisiko ng ibang hanay ng mga laser na nagpabago sa pag-ikot ng ilang mga atomo. Tulad ng hinuhulaan ng simulation, sa ilang mga lugar ng sisidlan, ang mga particle ay dapat makakuha ng negatibong masa. Ito ay malinaw na nakikita sa matalim na pagtaas sa density ng bagay bilang isang function ng oras sa mga simulation (sa mas mababang diagram).
Figure 1. Anisotropic expansion ng isang Bose-Einstein condensate na may iba't ibang coefficient pwersa ng pagdirikit. Mga Tunay na Resulta ang mga eksperimento ay nasa pula, ang mga resulta ng hula sa simulation ay nasa itim
Ang ilalim na diagram ay isang pinalaki na seksyon ng gitnang frame sa ibabang hilera ng Figure 1.
Ang ibabang diagram ay nagpapakita ng 1D simulation ng kabuuang density kumpara sa oras sa rehiyon kung saan unang lumitaw ang dynamic na kawalang-tatag. Ang mga tuldok na linya ay naghihiwalay sa tatlong pangkat ng mga atom na may mga bilis
sa isang parang sandali
Nasaan ang mabisang misa
nagsisimulang maging negatibo (itaas na linya). Ipinapakita ang punto ng pinakamababang negatibong epektibong masa (gitna) at ang punto kung saan bumalik ang masa mga positibong halaga(bottom line). Ang mga pulang tuldok ay nagpapahiwatig ng mga lugar kung saan matatagpuan ang lokal na quasi-momentum sa rehiyon ng negatibong epektibong masa.
Ang pinakaunang hilera ng mga graph ay nagpapakita na habang pisikal na eksperimento ang bagay ay kumilos nang eksakto alinsunod sa mga resulta ng simulation, na hinuhulaan ang hitsura ng mga particle na may negatibong epektibong masa.
Sa isang Bose-Einstein condensate, ang mga particle ay kumikilos tulad ng mga alon at samakatuwid ay nagpapalaganap sa ibang direksyon kaysa sa normal na mga particle ng positibong epektibong masa ay dapat magpalaganap.
In fairness, dapat sabihin na ang mga physicist ay paulit-ulit na naitala sa panahon ng mga eksperimento, ngunit ang mga eksperimentong iyon ay maaaring bigyang-kahulugan sa iba't ibang paraan. Ngayon ang kawalan ng katiyakan ay higit na tinanggal.
Artikulo sa agham Abril 10, 2017 sa journal Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, available sa pamamagitan ng subscription). Isang kopya ng artikulo bago isumite sa journal noong Disyembre 13, 2016 sa libreng pag-access sa arXiv.org (arXiv:1612.04055).
Inirerekomendang panoorin sa 1280 x 800 na resolution
"Technique-youth", 1990, No. 10, p. 16-18.
Na-scan ni Igor StepikinTribune ng mga bold hypotheses
Ponkrat BORISOV, inhinyero
Negatibong Misa: Libreng Paglipad patungong Infinity
Hypothetical wormhole sa spacetime
Sa laboratoryo ng Unibersidad ng Washington, ang mga kundisyon ay nilikha para sa pagbuo ng isang Bose-Einstein condensate sa dami na mas mababa sa 0.001 mm³. Ang mga particle ay pinabagal ng isang laser at naghintay para sa pinaka-energetic sa kanila na umalis sa lakas ng tunog, na lalong nagpalamig sa materyal. Sa yugtong ito, ang supercritical fluid ay mayroon pa ring positibong masa. Kung sakaling may tumagas sa sisidlan, ang mga atomo ng rubidium ay magkakalat sa iba't ibang direksyon, dahil ang mga gitnang atomo ay itulak ang mga sukdulang atomo palabas, at sila ay magpapabilis sa direksyon ng paggamit ng puwersa.
Upang lumikha ng negatibong epektibong masa, gumamit ang mga pisiko ng ibang hanay ng mga laser na nagpabago sa pag-ikot ng ilang mga atomo. Tulad ng hinuhulaan ng simulation, sa ilang mga lugar ng sisidlan, ang mga particle ay dapat makakuha ng negatibong masa. Ito ay malinaw na nakikita sa matalim na pagtaas sa density ng bagay bilang isang function ng oras sa mga simulation (sa mas mababang diagram).
Figure 1. Anisotropic expansion ng isang Bose-Einstein condensate na may iba't ibang cohesive force coefficients. Ang mga tunay na resulta ng eksperimento ay pula, ang mga resulta ng hula sa simulation ay nasa itim
Ang ilalim na diagram ay isang pinalaki na seksyon ng gitnang frame sa ibabang hilera ng Figure 1.
Ang ibabang diagram ay nagpapakita ng 1D simulation ng kabuuang density kumpara sa oras sa rehiyon kung saan unang lumitaw ang dynamic na kawalang-tatag. Ang mga tuldok na linya ay naghihiwalay sa tatlong pangkat ng mga atom na may mga bilis sa quasi-momentum , kung saan ang epektibong masa ay nagsisimulang maging negatibo (itaas na linya). Ang punto ng pinakamababang negatibong epektibong masa ay ipinapakita (gitna) at ang punto kung saan ang masa ay bumalik sa mga positibong halaga (ibabang linya). Ang mga pulang tuldok ay nagpapahiwatig ng mga lugar kung saan matatagpuan ang lokal na quasi-momentum sa rehiyon ng negatibong epektibong masa.
Ang pinakaunang hilera ng mga graph ay nagpapakita na sa panahon ng eksperimento sa pisika, ang bagay ay kumilos nang eksakto tulad ng kunwa, na hinuhulaan ang hitsura ng mga particle na may negatibong epektibong masa.
Sa isang Bose-Einstein condensate, ang mga particle ay kumikilos tulad ng mga alon at samakatuwid ay nagpapalaganap sa ibang direksyon kaysa sa normal na mga particle ng positibong epektibong masa ay dapat magpalaganap.
Sa patas, dapat sabihin na ang mga physicist ay paulit-ulit na nagtala ng mga resulta sa panahon ng mga eksperimento kapag ang mga katangian ng bagay ng negatibong masa ay ipinakita, ngunit ang mga eksperimentong iyon ay maaaring bigyang-kahulugan sa iba't ibang paraan. Ngayon ang kawalan ng katiyakan ay higit na tinanggal.
Ang artikulong pang-agham na inilathala noong Abril 10, 2017 sa journal Mga Liham ng Pagsusuri sa Pisikal(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, available sa pamamagitan ng subscription). Ang isang kopya ng artikulo bago isumite sa journal ay inilagay noong Disyembre 13, 2016 sa pampublikong domain sa arXiv.org (arXiv:1612.04055).
Sinasabi ng mga siyentipiko mula sa Estados Unidos na lumikha ng isang sangkap na may negatibong masa sa laboratoryo. Ang sangkap na ito ay isang likido na may isang napaka hindi pangkaraniwang katangian. Halimbawa, kung itulak mo ang likidong ito, makakatanggap ito ng negatibong acceleration, iyon ay, paatras, hindi pasulong. Ang ganitong kakaiba ay maaaring sabihin sa mga siyentipiko ng maraming tungkol sa kung ano ang nangyayari sa loob ng hindi bababa sa kakaibang bagay tulad ng mga black hole at neutron star.
Gayunpaman, maaari bang magkaroon ng negatibong masa ang isang bagay? pwede ba?
Sa teorya, maaaring magkaroon ng negatibong masa ang matter sa parehong paraan na maaaring magkaroon ng negatibo o positibong halaga ang isang electric charge.
Sa papel, ito ay gumagana, ngunit mayroong isang mainit na debate sa mundo ng agham tungkol sa kung ang mismong pagpapalagay ng pagkakaroon ng isang bagay na may negatibong masa ay lumalabag sa mga pangunahing batas ng pisika. Para sa atin, ordinaryong mga tao, ang konseptong ito ay tila masyadong kumplikado upang maunawaan.
kaugalian ng batas mekanikal na paggalaw o, mas simple, ang pangalawang batas ni Newton ay ipinahayag ng formula A=F/M. Iyon ay, ang acceleration ng isang katawan ay katumbas ng ratio ng puwersa na inilapat dito sa masa ng katawan. Kung itinakda mo negatibong kahulugan masa, pagkatapos ang katawan, medyo lohikal, ay makakatanggap ng negatibong acceleration. Isipin mo na lang, natamaan mo ang bola, at gumulong ito sa iyong binti.
Gayunpaman, ang tila kakaiba sa atin ay hindi kailangang imposible, at ang mga teoretikal na pagsasanay sa itaas ay ang pinakamahusay na paraan upang patunayan na ang negatibong masa ay maaaring umiral sa ating Uniberso nang hindi lumalabag sa pangkalahatang teorya ng relativity.
Ang pagnanais na maunawaan ang lahat ng ito ay nagbunga ng mga aktibong pagtatangka ng mga mananaliksik na muling likhain ang negatibong masa sa laboratoryo, tulad ng nakikita natin, kahit na may ilang tagumpay.
Sinabi ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Washington na nagtagumpay sila sa pagkuha ng isang likido na kumikilos nang eksakto kung paano dapat kumilos ang isang katawan na may negatibong masa. At ang kanilang natuklasan ay maaaring magamit sa wakas upang pag-aralan ang ilan kakaibang phenomena sa kailaliman ng sansinukob.
Upang lumikha ng kakaibang likidong ito, gumamit ang mga siyentipiko ng mga laser upang palamig ang mga atomo ng rubidium hanggang sa malapit sa ganap na zero, na lumilikha ng tinatawag na Bose-Einstein condensate.
Sa ganitong estado, ang mga particle ay gumagalaw nang hindi kapani-paniwalang mabagal at kakaiba, sumusunod sa kakaibang mga prinsipyo ng quantum mechanics sa halip na klasikal na pisika, iyon ay, nagsisimula silang kumilos tulad ng mga alon.
Ang mga particle ay nagsi-synchronize din at gumagalaw nang sabay-sabay, na bumubuo ng isang superfluid substance na maaaring gumalaw nang hindi nawawala ang enerhiya sa pamamagitan ng friction.
Gumamit ang mga siyentipiko ng mga laser upang lumikha ng superfluid mababang temperatura, pati na rin upang mailagay ito sa isang hugis-mangkok na field na wala pang 100 microns ang lapad.
Hangga't ang supermatter ay nanatiling nakalagay sa espasyong ito, mayroon itong ordinaryong masa at medyo pare-pareho sa konsepto ng isang Bose-Einstein condensate. Hanggang sa napilitan siyang gumalaw.
Gamit ang pangalawang hanay ng mga laser, pinilit ng mga siyentipiko na lumipat ang mga atomo pabalik-balik, bilang isang resulta kung saan ang kanilang pag-ikot ay nagbago at rubidium, na nagtagumpay sa hadlang ng "mangkok", mabilis na tumalsik. Gayunpaman, parang ito ay may negatibong masa. Ayon sa mga siyentipiko, ang impresyon ay tulad na ang likido ay natitisod sa isang hindi nakikitang hadlang at naitaboy mula dito.
Kaya, kinumpirma ng mga mananaliksik ang mga pagpapalagay tungkol sa pagkakaroon ng negatibong masa, ngunit ito ay simula pa lamang ng paglalakbay. Ito ay nananatiling makita kung ang tuluy-tuloy na pag-uugali sa ilalim ng mga kondisyon ng laboratoryo ay nauulit at sapat na maaasahan upang subukan ang ilang mga pagpapalagay tungkol sa mga negatibong masa. Kaya, huwag magsaya nang maaga, ang ibang mga koponan ay kailangang ulitin ang mga resulta sa kanilang sarili.
Isang bagay ang sigurado, ang pisika ay nagiging mas kawili-wili at nagkakahalaga ng pagkuha ng interes.
- Bakit ang oras ay dumadaloy lamang. Ipinaliwanag ng mga Physicist "Ang oras ang pumipigil sa lahat na mangyari nang sabay-sabay," isinulat ni Ray Cummings sa kanyang 1922 science fiction novel...
- Mga Wormhole, Wormhole, at Time Travel Ang wormhole ay isang theoretical passage sa space-time na lubos na makakabawas sa malayuang paglalakbay sa buong uniberso sa pamamagitan ng paggawa ng mga shortcut...
