Отрицательное вещество. Экзотическая материя

Гипотетическая червоточина в пространстве-времени

В лаборатории Университета штата Вашингтон были созданы условия для образования конденсата Бозе - Эйнштейна в объёме менее 0,001 мм³. Частицы замедлили лазером и дождались, когда наиболее энергичные из них покинули объём, что ещё больше охладило материал. На этом этапе сверхкритическая жидкость ещё имела положительную массу. При нарушении герметичности сосуда атомы рубидия разлетелись бы в разные стороны, поскольку центральные атомы выталкивали бы крайние атомы наружу, а те ускорялись бы в направлении приложения силы.

Для создания отрицательной эффективной массы физики применили другой набор лазеров, который изменял спин части атомов. Как предсказывает симуляция, в отдельных районах сосуда частицы должны приобрести отрицательную массу. Это хорошо видно по резкому увеличению плотности вещества как функции от времени в симуляциях (на нижней диаграмме).

Рисунок 1. Анизотропное расширение конденсата Бозе - Эйнштейна с разными коэффициентами силы сцепления. Реальные результаты эксперимента обозначены красным, результаты предсказания в симуляции - чёрным

Нижняя диаграмма - это увеличенный фрагмент среднего кадра в нижнем ряду рисунка 1.

На нижней диаграмме показана одномерная симуляция общей плотности как функции от времени в регионе, где впервые проявилась динамическая нестабильность. Пунктирами разделены три группы атомов со скоростями в квазимомент , где эффективная масса начинает становиться отрицательной (верхняя линия). Показана точка минимальной отрицательной эффективной массы (посередине) и точка, где масса возвращается к положительным значениям (нижняя линия). Красные точки обозначают места, где локальный квазимомент лежит в районе отрицательной эффективной массы.

На самом первом ряду графиков видно, что во время физического эксперимента вещество вело себя в точном соответствии с результатами симуляции, которая предсказывает появление частиц с отрицательной эффективной массой.

В конденсате Бозе - Эйнштейна частицы ведут себя как волны и поэтому распространяются не в том направлении, в каком должны распространяться нормальные частицы положительной эффективной массы.

Справедливости ради нужно сказать, что неоднократно физики регистрировали во время экспериментов результаты, когда проявлялись свойства вещества отрицательной массы , но те эксперименты можно было интерпретировать по-разному. Сейчас же неопределённость в большей мере устранена.

Научная статья опубликована 10 апреля 2017 года в журнале Physical Review Letters (doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, доступно по подписке). Копия статьи перед отправкой в журнал размещена 13 декабря 2016 года в свободном доступе на сайте arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Желательно смотреть с разрешением 1280 Х 800

"Техника-молодежи", 1990, №10, с. 16-18.

Сканировал Игорь Степикин

Трибуна смелых гипотез

Понкрат БОРИСОВ, инженер
Отрицательная масса: бесплатный полет в бесконечность

В зарубежных и советских физических журналах статьи на эту тему время от времени появляются вот уже более 30 лет. Но как ни странно, они, кажется, до сих пор не привлекли внимания популяризаторов. А ведь проблема отрицательной массы, да еще в строго научной постановке - отличный подарок и любителям парадоксов современной физики, и писателям-фантастам. Но таково уж свойство специальной литературы: сенсация в ней может оставаться скрытой десятилетиями...

Итак, речь идет о гипотетической форме материи, масса которой противоположна по знаку обычной. Сразу же возникает вопрос: что это, собственно, означает? И сразу выясняется: правильно определить понятие отрицательной массы не так-то просто.

Бесспорно, она должна обладать свойством гравитационного отталкивания. Но оказывается, одного этого мало. В современной физике строго различаются целых четыре вида массы:

гравитационная активная - та, что притягивает (если она положительна, конечно);

гравитационная пассивная - та, что притягивается;

инертная, которая приобретает определенное ускорение под действием приложенной силы (а = F/m);

наконец, эйнштейновская масса покоя, задающая полную энергию тела (Е = mС 2).

В рамках общепринятых теорий все они равны по величине. Но различать их надо, и это становится понятным как раз при попытке определить отрицательную массу. Дело в том, что она будет полностью противоположна обычной, только если все четыре ее вида станут отрицательными.

На основе такого подхода в первой же статье на эту тему, опубликованной еще в 1957 году, английский физик X. Бонди определил основные свойства «минус-массы» путем строгих доказательств.

Повторить их здесь, может быть, даже не очень сложно, ведь основаны они только на ньютоновской механике. Но это загромоздит наш рассказ, и потом тут есть немало физических и математических «тонкостей». Поэтому перейдем сразу к результатам, тем более что они-то вполне наглядны.

Во-первых, «минус-материя» должна гравитационно отталкивать любые другие тела, то есть не только с отрицательной, но и с положительной массой (тогда как обычное вещество, наоборот, всегда притягивает материю обоих видов). Далее, под действием любой силы, вплоть до силы инерции, она должна двигаться в направлении, противоположном вектору этой силы. И, наконец, ее полная эйнштейновская энергия также обязана быть отрицательной.

Поэтому, кстати, надо подчеркнуть, что наша удивительная материя - не антивещество, масса которого считается все же положительной. Например, по современным представлениям, «Антиземля» из антиматерии вращалась бы вокруг Солнца по точно такой же орбите, как и наша родная планета.

Все это, пожалуй, почти очевидно. Но дальше начинается невероятное.

Возьмем ту же гравитацию. Если два обычных тела притягиваются и сближаются, а две антимассы отталкиваются и разбегаются, то что случится при гравитационном взаимодействии масс разного знака?

Пусть это будет простейший случай: тело (допустим, шар) из вещества с отрицательной массой -М находится позади объекта (назовем его «ракетой» - сейчас узнаем, зачем) с равной по величине положительной массой +М. Ясно, что гравитационное поле шара отталкивает ракету, в то время как она сама притягивает шар. Но отсюда следует (это опять-таки строго доказывается), что вся система будет двигаться по прямой, соединяющей центры двух масс, с постоянным ускорением, пропорциональным силе гравитационного взаимодействия между ними!

Конечно, на первый взгляд эта картина спонтанного, беспричинного движения «доказывает» только одно: антимасса с такими свойствами, которые мы ей с самого начала приписали в определении, просто не может существовать. Ведь мы получили, казалось бы, целый букет нарушений самых незыблемых законов.

Ну разве не попирается здесь совершенно открыто, например, закон сохранения импульса? Оба тела ни с того ни с сего устремляются в одном направлении, а в противоположном при этом ничто не движется. Но вспомним, что одна-то из масс отрицательна! А ведь это означает, что и импульс ее, независимо от скорости, имеет знак «минус»: (-M)V, и тогда суммарный импульс системы двух тел по-прежнему остается нулевым!

То же самое и с полной кинетической энергией системы. Пока тела покоятся, она равна нулю. Но с какой бы скоростью они ни двигались, ничто не меняется: отрицательная масса шара, в полном соответствии с формулой (-M)V 2 /2, накапливает отрицательную кинетическую энергию, которая точно компенсирует прирост положительной энергии ракеты.

Если все это кажется абсурдным, то, может быть, «вышибем клин клином» - попробуем подтвердить один абсурд другим? Еще с шестого класса мы знаем, что центр равных точечных масс {положительных, конечно) находится посередине между ними. Так вот - как вам понравится следующий вывод? Центр равных точечных масс РАЗНОГО ЗНАКА лежит хотя и на прямой, проходящей через них, но не внутри, а ВНЕ соединяющего их отрезка, в точке ±Ґ ?!

Ну как, легче?

Кстати, этот вывод уже совсем элементарен, и каждый при желании может повторить его, владея физикой на уровне того же шестого класса.

Тот, кто не верит на слово и захочет убедиться в правильности всех вычислений, может обратиться к одной из последних публикаций на эту тему - статье американского физика Р. Форварда «Ракетный двигатель на веществе отрицательной массы», напечатанной в переводном журнале «Аэрокосмическая техника» № 4 за 1990 год.

Но, может быть, искушенный читатель думает, что он и без всяких вычислений понял, где ему подсунули «липу»? Действительно: во всех этих изящных рассуждениях замалчивается вопрос: откуда вообще взялась столь чудесная масса? Ведь каково бы ни было ее происхождение, на ее «добычу», «изготовление» или, допустим, на доставку к месту действия придется затратить энергию, а значит...

Увы, искушенный читатель! Энергия, конечно, понадобится, но опять-таки отрицательная. Ничего не поделаешь: в эйнштейновской формуле полной энергии тела Е = Мс 2 наша замечательная масса имеет все тот же знак «минус». Это значит, что на «изготовление» пары тел с РАВНЫМИ массами РАЗНЫХ знаков потребуется НУЛЕВАЯ суммарная энергия. То же самое относится и к доставке, и к любым другим манипуляциям.

Нет - как ни парадоксальны все эти результаты, строгие выводы утверждают, что наличие антимассы не противоречит не только ньютоновской механике, но и общей теории относительности. Не удалось найти и никаких логических запретов на ее существование.

Что же - если теория «разрешает», то подумаем, например, - что может случиться при физическом контакте двух одинаковых частиц вещества с плюс- и минус-массой? С «обычным» антивеществом все ясно: произойдет аннигиляция с выделением полной энергии обоих тел. Но если одна из двух равных масс отрицательна, то их суммарная энергия, как мы только что поняли, равна нулю. А вот ЧТО с ними произойдет в действительности - это уже вопрос, выходящий за пределы теории.

Исход такого события можно узнать лишь опытным путем. «Вычислить» его нельзя - ведь мы не имеем никакого представления о «механизме действия» отрицательной массы, ее «внутреннем устройстве» (как, впрочем, не знаем этого и о массе обычной). Теоретически ясно одно: в любом случае полная энергия системы останется нулевой. Мы имеем право выдвинуть только ГИПОТЕЗУ, как это и делает тот же Форвард. По его предположению, физическое взаимодействие здесь приводит не к аннигиляции, а к так называемой «нулификации», то есть «тихому» взаимному уничтожению частиц, их исчезновению без всякого выделения энергии.

Но, повторим, подтвердить или опровергнуть эту гипотезу мог бы только эксперимент.

По тем же причинам мы ничего не знаем и о том, как «изготовить» отрицательную массу (если это вообще возможно). Теория лишь утверждает, что две равных массы противоположного знака в принципе могут возникнуть без всяких энергетических затрат. И едва такая пара тел появится, она полетит, все ускоряясь, по прямой в бесконечность...

Р. Форвард в своей статье «сконструировал» уже и двигатель на отрицательной массе, который может доставить нас в любую точку Вселенной при любом ускорении, которое мы зададим. Оказывается, для этого нужна только... пара хороших пружин (все взаимодействия «минус-массы» с обычной посредством упругих сил, конечно, также детально рассчитаны).

Итак, поместим нашу чудесную массу, равную по величине массе ракеты, посреди ее «двигательного отсека». Если нужно лететь вперед, растянем пружину от задней стенки и зацепим ее тело отрицательной массы. Тотчас же из-за своих «извращенных» инерциальных свойств оно устремится не туда, куда его тянут, а в прямо противоположном направлении, увлекая за собой ракету с ускорением, пропорциональным силе натяжения пружины.

Чтобы прекратить ускорение, достаточно отцепить пружину. А для замедления и остановки корабля нужно использовать вторую пружину, прикрепленную к передней стенке двигательного отсека.

И все же частичное опровержение «бесплатного двигателя» есть! Правда, приходит оно с совсем неожиданной стороны. Но об этом - в конце.

А пока поищем места, где могли бы находиться большие количества отрицательной массы. Такие места подсказывают обнаруженные на крупномасштабных трехмерных картах распределения галактик во Вселенной гигантские пустоты - интереснейшие сами по себе явления. Как видно из рис. 2, размеры этих полостей, которые называют еще попросту «пузырями»,- порядка 100 млн. световых лет (тогда как размеры нашей Галактики - около 0,06 млн. световых лет). Таким образом, в самом крупном масштабе Вселенная имеет «пенистую» структуру.

Границы пузырей четко обозначены скоплениями большого числа галактик. Внутри пузырей их практически нет, а если все же они там встречаются, то это очень необычные объекты. Для них характерны спектры мощного высокочастотного излучения. Сейчас считают, что пузыри содержат «несостоявшиеся» галактики или газовые облака из обычного водорода.

Но нельзя ли предположить, что «пенистая» структура Вселенной - результат ее образования из одинакового количества частиц отрицательной и положительной массы? Из такого объяснения, кстати, само собой вытекает очень привлекательное следствие: суммарная масса Вселенной всегда была и остается равной нулю. Тогда пузыри - это естественные места для минус-массы, частицы которой стремятся разойтись как можно дальше друг от друга. А положительная масса выталкивается на поверхность пузырей, где под действием сил притяжения образует галактики, звезды. Здесь можно напомнить о статье А. А. Баранова, появившейся еще в 1971 году в № 11 журнала «Известия вузов. Физика». Там рассматривается космологическая модель Вселенной с частицами, имеющими массы обоих знаков. С помощью этой модели автор объясняет экспериментальные оценки космологической постоянной и хаббловское красное смещение, а также некоторые аномальные явления, наблюдаемые во взаимодействующих галактиках.

Еще один возможный признак больших количеств отрицательной массы - наличие в крупномасштабных структурах Вселенной очень быстрых «течений». Так, сверхскопление, содержащее нашу Галактику, «течет» со скоростью 600 км/с относительно покоящегося фона реликтового излучения. Такая скорость никак не вписывается в рамки теорий образования галактик из холодного темного вещества. Р. Форвард предлагает попробовать объяснить это явление с учетом коллективного отталкивания сверхскоплений от пузырей, содержащих отрицательную массу.

Итак, отрицательная материя может только разлетаться. Но в этом-то, оказывается, и состоит частичное опровержение многих выводов, о которых шла речь. Ведь свойство гравитационного отталкивания у частиц вещества, какова бы ни была их природа, неизбежно приводит к тому, что эти частицы не могут собраться вместе под влиянием сил тяготения. Более того: поскольку частица отрицательной массы под действием любой силы движется в направлении, противоположном вектору этой силы, то и обычные межатомные взаимодействия не могут связать такие частицы в «нормальные» тела.

Но надеемся, что удовольствие от всех этих рассуждений читатель все же получил...

), даже если эти материалы созданы и относительно хорошо изучены.

Так ещё могут называть материал, созданный из некоторых видов экзотических атомов, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) выполняет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний). Имеются также атомы с отрицательным мюоном вместо одного из электронов (мюонный атом).

Отрицательная масса

Видно, что объект с отрицательной инертной массой будет ускоряться в направлении, противоположном тому, в котором его толкнули, что, возможно, покажется странным.

Если изучать инертную массу , пассивную гравитационную массу и активную гравитационную массу отдельно, то закон всемирного тяготения Ньютона примет такой вид:

Таким образом, объекты с отрицательной гравитационной массой (и пассивной, и активной), но с положительной инертной массой, будут отталкиваться положительными активными массами и притягиваться отрицательными активными массами.

Анализ Форварда

Хотя неизвестны частицы с отрицательной массой, физики (первоначально Г. Бонди и Роберт Л. Форвард (англ.) русск. ) смогли описать некоторые из ожидаемых свойств, которыми могут обладать такие частицы. Предполагая, что все три вида масс равны, можно построить систему, где отрицательные массы притягиваются к положительным массам, в то же время положительные массы отталкиваются от отрицательных масс. В то же время отрицательные массы будут создавать силу притяжения друг к другу, но будут при этом отталкиваться из-за своих отрицательных инерциальных масс.

При отрицательном значении и положительном значении , сила будет отрицательной (отталкивающей). На первый взгляд это выглядит так, как будто отрицательная масса будет ускоряться в сторону от положительной массы, но поскольку такой объект будет также обладать отрицательной инерциальной массой, он будет ускоряться в направлении, противоположном . Более того, Бонди показал, что если обе массы равны по абсолютной величине, но отличаются знаком, то общая система положительных и отрицательных частиц будет ускоряться бесконечно без какого-либо дополнительного влияния на систему снаружи.

Это поведение странно в том, что оно абсолютно не сочетается с нашим представлением об «обычной вселенной» из работы с положительными массами. Но оно полностью математически состоятельно и не вводит каких-либо противоречий.

Может сложиться впечатление, что такое представление нарушает закон сохранения импульса и/или энергии , но у нас массы равны по абсолютной величине, одна при этом положительна, а другая отрицательна, а значит, импульс системы равен нулю, если они обе двигаются вместе и ускоряются вместе, независимо от скорости:

И такое же уравнение может быть вычислено для кинетической энергии :

Форвард расширил исследования Бонди на дополнительные случаи и показал, что даже если две массы и не равны по абсолютной величине, то уравнения всё равно остаются непротиворечивыми.

Некоторые свойства, которые вводятся этими предположениями, выглядят необычно, например, в смеси газа из положительной материи и газа из отрицательной материи положительная часть будет увеличивать свою температуру бесконечно. Однако, в таком случае отрицательная часть смеси будет охлаждаться с той же скоростью, тем самым выравнивая баланс. Джеффри А. Лэндис (англ.) русск. отметил другие приложения анализа Форварда , включая указания на то, что хотя частицы с отрицательной массой и будут отталкиваться друг от друга гравитационно, но электрические силы, например, заряды будут притягиваться друг к другу (в отличие от частиц с положительной массой, где такие частицы отталкиваются). В результате для частиц с отрицательной массой это означает, что гравитационные и электростатические силы поменяются местами.

Форвард предложил дизайн для двигателя космических кораблей с использованием отрицательной массы, который не требует притока энергии и рабочего тела , чтобы получить сколь угодно большое ускорение, хотя, конечно, основным препятствием является то, что отрицательная масса остаётся полностью гипотетической. См. diametric drive .

Форвард также ввёл термин «нуллификация» для описания того, что происходит, когда встречаются обычная и отрицательна материя. Ожидается, что они могут взаимно уничтожиться или «обнулить» существование друг друга, причём после этого не останется никакой энергии. Однако легко показать, что некоторый импульс может остаться (его не останется, если они движутся в одном направлении, как описано выше, но им нужно двигаться навстречу друг другу, чтобы встретиться и взаимно обнулиться). Это может, в свою очередь, объяснить, почему равные количества обычной и отрицательной материи не появляются внезапно из ниоткуда (противоположность нуллификации): в этом событии не будет сохранён импульс у каждой из них.

Экзотическая материя в общей теории относительности

В какую сторону падает антиматерия?

Основная статья: Гравитационное взаимодействие антиматерии

Большинство современных физиков полагает, что антиматерия обладает положительной гравитационной массой и должна падать вниз, как и обычная материя. При этом, однако, некоторые исследователи считают, что к настоящему времени нет убедительных экспериментальных подтверждений этому факту . Это связано с трудностью непосредственного исследования гравитационных сил на уровне частиц. На таких малых расстояниях электрические силы берут верх над гораздо более слабым гравитационным взаимодействием. Более того, античастицы должны храниться отдельно от их обычных аналогов, иначе они быстро аннигилируют . Очевидно, что это делает трудным прямое измерение пассивной гравитационной массы антиматерии. Эксперименты над антиматерией ATHENA (англ. ATHENA ) и ATRAP (англ. ATRAP ) могут скоро дать ответы.

Ответы для инерционной массы, впрочем, давно известны из экспериментов с пузырьковой камерой . Они убедительно показывают, что античастицы имеют положительную инертную массу, равную массе «обычных» частиц, но противоположный электрический заряд. В этих экспериментах камера подвергается воздействию постоянного магнитного поля, что заставляет частицы двигаться по винтовой линии . Радиус и направление этого движения соответствуют отношению электрического заряда к инертной массе. Пары частица-античастица двигаются по винтовым линиям в противоположных направлениях, но с одинаковыми радиусами. Из этого наблюдения делается вывод о том, что их отношения электрического заряда к инертной массе отличаются только по знаку.

Примечания

Основные разделы

Общая (физическая) акустика Геометрическая акустика Психоакустика Биоакустика Электроакустика Гидроакустика Ультразвуковая акустика Квантовая акустика (акустоэлектроника) Акустическая фонетика (Акустика речи)
Прикладная акустика	Архитектурная акустика (Строительная акустика) Аэроакустика Музыкальная акустика Акустика транспорта Медицинская акустика Цифровая акустика
Смежные направления	Акустооптика

В теоретической физике, отрицательная масса - это концепция о гипотетическом веществе, масса которого имеет противоположное значение массе нормального вещества (также как электрический заряд бывает положительный и отрицательный). Например, −2 кг. Такое вещество, если бы оно существовало, нарушало бы одно или несколько энергетических условий и проявляло бы некоторые странные свойства. По некоторым спекулятивным теориям, вещество с отрицательной массой можно использовать для создания червоточин (кротовых нор) в пространстве-времени.

Звучит как абсолютная фантастика, но...

Физики из Вашингтонского университета (University of Washington) впервые в истории науки воссоздали условия, при котором материя, определенный вид жидкости, демонстрирует свойства "отрицательной массы". Поведение этой жидкости полностью соответствует понятию отрицательной массы, при приложении к ней вектора силы, действующей в определенном направлении, эта жидкость начинает двигаться с ускорением в противоположном направлении. Такое эффект трудно получить даже в лабораторных условиях, "но его можно использовать для изучения и объяснения некоторых ранее необъяснимых астрофизических явлений" - объясняет Майкл Форбс (Michael Forbes), профессор физики и астрономии из Вашингтонского университета.

С гипотетической точки зрения материя может иметь отрицательную массу точно так же, как электрические заряды имеют положительную или отрицательную полярность. Люди очень редко задумываются об этом аспекте, ведь в окружающем нас мире проявляется только "положительная" сторона массы. Согласно второму закону Ньютона, если вы приложите к какому-нибудь объекту постоянную силу, он начнет двигаться с постоянным ускорением в направлении действия этой силы.

"На основе Второго закона Ньютона действует почти все, что мы видим вокруг себя" - рассказывает Майкл Форбс, - "Однако, материя с отрицательной массой реагирует на приложенную к ней силу абсолютно противоположным образом, она начинает двигаться в сторону приложенной к ней силы".

Нижняя диаграмма - это увеличенный фрагмент среднего кадра в нижнем ряду рисунка 1. На нижней диаграмме показана одномерная симуляция общей плотности как функции от времени в регионе, где впервые проявилась динамическая нестабильность.

В качестве жидкости с отрицательной массой выступал так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, облако из атомов рубидия, охлажденных практически до температуры абсолютного нуля. В таких условиях тепловое движение частиц практически останавливается и, благодаря выдвижению на первый план законов квантовой механики, это облако атомов приобретает волновую функцию и ведет себя как один большой цельный атом. Кроме этого, конденсат Бозе-Эйнштейна за счет синхронного движения атомов обладает свойствами супержидкости, сверхтекучей жидкости, коэффициент вязкости которой равен нулю.

При помощи света лазеров с определенными параметрами ученые замедлили практически до полной остановки атомы рубидия, а те "горячие" атомы, которые не удалось замедлить, были изгнаны из пространства ловушки при помощи того же лазерного света. Ловушка, в которую был "загнан" конденсат Бозе-Эйнштейна, имела сферическую форму и размер всего в 100 микрон. В этот момент у конденсата еще имелась обычная "положительная" масса, но намеренное нарушение целостности ловушки привело к нарушению идеальной сферической формы конденсата и атомы рубидия устремились наружу ловушки.

И в этот момент началось все самое интересное. Ученые использовали набор дополнительных лазеров, которые изменили направление вращения атомов рубидия. И после такой "обработки" супержидкость конденсата обрела свойства отрицательной массы. "Как только атомы доходят до границы перехода массы из положительной в отрицательную область, они резко ускоряются в обратном направлении" - рассказывает Майкл Форбс, - "Это похоже на то, что атомы рубидия словно отражаются от невидимой стены".

Вышеописанная методика получения материи с "отрицательной" массой позволила ученым избежать некоторых проблем и неприятностей, с которыми сталкивались ученые во время предыдущих подобных попыток. "Благодаря полному и точному контролю всех параметров эксперимента, нам удалось воссоздать условия, при которых в экспериментальной области возникает четкая граница "смены полярности" массы материи" - рассказывает Майкл Форбс, - "Нечто подобное может происходить и в недрах экзотических астрономических объектов, таких, как нейтронные звезды, черные дыры и плотные скопления темной материи. Теперь мы имеем возможность экспериментировать и моделировать в лабораторных условиях фундаментальные явления, которые происходят только в очень специфической окружающей среде вышеуказанных космических объектов"

Для того, чтобы быть в курсе новых постов в этом блоге есть канал Telegram . Подписывайтесь, там будет интересная информация, которой нет в блоге!

А вот нам уже обещают, что скоро Самотекущая жидкость потечет в краны сама и сейчас у нас идет Шестое вымирание . Не так давно был Выращен искусственный мозг и Впервые успешно заморозили и разморозили органы

Сохранено

Как известно, драконов не существует. Эта примитивная
констатация может удовлетворить лишь ум простака, но отнюдь не учёного; банальность бытия установлена слишком давно и не заслуживает более ни единого словечка. Гениальный Цереброн Эмдеэртий, атаковав проблему методами точных наук, установил, что имеется три типа драконов: нулевые, мнимые и отрицательные. Все они, как было сказано, не существуют, однако каждый тип - на свой особый манер.
(Станислав Лев «Кибериада»)

Изучая природу, учёный, если это настоящий учёный, обязательно будет подходить к той черте, за которой начинается невозможное. И, если это настоящий учёный, то он, конечно, будет стараться заглянуть в это невозможное. Но, поскольку он - настоящий учёный, то он вынужден будет признать, что в этом самом невозможном его наука бессильна.

Физика даёт прекрасный набор инструментов для изучения возможного, но для невозможного все эти инструменты непригодны. Для невозможного нужно что-то другое, что лежит за пределами физики. Поэтому физика невозможное не изучает. Физика честно говорит: «это лежит за пределами моей компетенции». А если кто-то, выдавая себя за учёного, начинает объяснять невозможное с помощью физики, или какой-то другой естественной науки, то можно смело утверждать, что перед нами не учёный, а шарлатан.

А кто же тогда может изучать невозможное? У кого есть необходимый для этого набор инструментов? Таким набором инструментов может обладать художник. Художник в широком смысле слова. Многие, наверное, знают, что слово «артист» с латыни переводится как «художник», и означает не только того, кто пишет картины, а любого творческого человека. В украинском языке есть аналогичное слово: «митець», то есть, человек искусства. Человек искусства со своим художественным восприятием мира может ориентироваться в том, что лежит за гранью возможного.

Но у артиста, у художника другая беда, он не знает туда дороги. Ведь, чтоб попасть в невозможное, надо пройти путь по возможному, а возможное лежит в компетенции учёного, а не художника. Выходит, что художник может попасть в невозможное только случайно. И такие случайные попадания туда, такие прогулки по невозможному для него могут быть весьма опасными. Тут можно вспоминать судьбу Гоголя, Достоевского, Булгакова - для каждого из них проникновение в невозможное не прошло безболезненно. Для того чтобы входить в невозможное и выходить из него без тяжёлых последствий, надо хорошо знать дорогу туда и обратно. А дорогу эту знают учёные, в первую очередь, физики. Значит, чтобы соприкасаться с невозможным, надо хорошенько освоиться в возможном.

Вообще, что у нас получается? У нас есть учёные, которые знают дорогу в невозможное и обратно, но не знают, как ориентироваться в невозможном, и есть художники, которые умеют там ориентироваться, но не знают туда дороги. Такая вот засада. Поэтому главной интеллектуальной задачей XXI века я считаю создание такого познавательного аппарата, который соединит науку и искусство. А главной педагогической задачей XXI века я считаю создание такой системы образования, которая сможет готовить людей развитых всесторонне, владеющих как научным подходом, так и художественным чутьём. Если сейчас есть деление людей на технарей и гуманитариев, или, как ещё говорят на физиков и лириков, то в будущем каждый уважающий себя человек должен стать и физиком, и лириком одновременно.

Собственно для этого я и создаю данный цикл.

В прошлый раз, говоря об объектах абсолютного холода, я сказал, что такие объекты должны состоять не из молекул, а из чего-то принципиально другого, обладающего принципиально иными свойствами. О каких свойствах идёт речь? Прежде всего, о массе.

Температура, как мы помним, это - мера энергии молекул, из которых состоит тело. А энергия движения молекул, или их кинетическая энергия зависит от двух параметров: от скорости и от массы. От скорости в большей степени, чем от массы. Зависимость кинетической энергии от массы - линейная, а зависимость кинетической энергии от скорости - квадратичная. То есть, если массу увеличить вдвое, то и кинетическая энергия возрастёт вдвое, а если скорость увеличить вдвое, то кинетическая энергия возрастёт в четыре раза. А если втрое, то - в девять раз, вчетверо - в шестнадцать, и так далее, - это квадратичная зависимость.

Так вот, какими должны быть масса и скорость молекул, чтобы их кинетическая энергия, а, следовательно, и температура тела, из них состоящего, была отрицательной? Либо у этих молекул должна быть отрицательная масса, либо - мнимая скорость. Но мнимые числа - это такая математическая абстракция, что представить себе мнимую скорость даже я не могу, при всём моём воображении, а вот отрицательная масса - это, хотя и невозможное, но такое, что можно себе представить.

Прежде всего, что такое масса? Те, кто совсем не знают физики путают массу с весом, но я надеюсь, что тут таких нет. Итак, масса - это мера инертности (не путать с инерцией!). У каждого физического тела есть такое неотъемлемое свойство как инертность. Инертность - это свойство тела сохранять своё состояние. Либо это состояние покоя, неподвижности, либо наоборот - состояние движения. К примеру, мячик сдвинуть легко, а шкаф тяжело. Велосипед остановить легче, чем грузовой автомобиль. Это есть инертность. А количественная мера инертности называется массой. Масса тела может быть больше, может меньше, но она всегда больше нуля. Следовательно, и инерция тела всегда положительная.

А что значит, отрицательная масса, если таковая где-то будет обнаружена? Это означает, что тело обладает отрицательной инертностью. Как выражается положительная инертность? Мы мячик толкаем, он катится, мы препятствуем его движению, он останавливается. Это - естественно, это - положительная инертность. Значит, как будет вести себя тело с отрицательной инертность и отрицательной массой? Оно будет вести себя строго наоборот: мы его толкаем вперёд, оно движется назад, мы его пытаемся остановить, оно разгоняется. Таких тел, тел с отрицательной инерцией обнаружено не было, и, вполне возможно, что в нашей Вселенной таких тел не существует. А вот за пределами Вселенной…

Если вспомнить мои предыдущие выпуски, то в них я несколько раз пытался заглянуть за границы нашей Вселенной, за границы возможного. Когда я говорил о горизонте событий, о чёрных дырах, о сверхсветовых скоростях, об обратном течении времени и, наконец, о температурах ниже абсолютного нуля.

Так вот, из чего должно состоять тело с отрицательной массой? Не из молекул, а из чего-то принципиально другого, из частиц, масса которых тоже - отрицательная. Но если масса частиц - отрицательная, значит, и их кинетическая энергия - тоже отрицательная (если кто помнит, формулу кинетической энергии -

mv 2 /2). Но если их кинетическая энергия - отрицательная, значит, и мера средней кинетической энергии таких частиц, то есть, температура - тоже будет отрицательная. Вернее, это будет уже не совсем температура, поскольку такое тело состоит из не совсем молекул.

Ещё интересно поразмыслить над тем, как будут вести себя такие не совсем молекулы, ведь у них будет отрицательная инертность, значит, при взаимных столкновениях они будут двигаться не так, как обычные молекулы. И притягиваться между собой и отталкиваться они будут совершенно ненормальным образом. Какие структуры смогут образовывать такие частицы, об этом вы можете пофантазировать самостоятельно.

А пока остановимся ещё на одной физической величине, которую так же называют массой. Странно, не правда ли? Две физических величины, а называются одинаково? Бывает ли такое? Оказывается, бывает. Есть масса, которая является мерой инертности, а есть и другая масса, которая является мерой другого неотъемлемого свойства тела - мерой гравитации. Гравитации я уже частично касался, когда говорил о чёрных дырах. Вот теперь остановимся на ней поподробнее.