Де знайти частинки із негативною масою. Велика енциклопедія нафти та газу

Гіпотетична червоточина у просторі-часі

У лабораторії Університету штату Вашингтон були створені умови для утворення конденсату Бозе-Ейнштейна в об'ємі менше 0,001 мм. Частинки уповільнили лазером і дочекалися, коли найенергійніші з них залишили об'єм, що ще більше охолодило матеріал. На цьому етапі надкритична рідина мала позитивну масу. При порушенні герметичності судини атоми рубідії розлетілися б у різні сторони, оскільки центральні атоми виштовхували крайні атоми назовні, а ті прискорювалися б у напрямку докладання сили.

Для створення негативної ефективної маси фізики застосували інший набір лазерів, який змінював спини частини атомів. Як передбачає симуляція, в окремих районах судини частинки повинні набути негативної маси. Це добре видно з різкого збільшення щільності речовини як функції іноді в симуляціях (на нижній діаграмі).

Малюнок 1. Анізотропне розширення конденсату Бозе – Ейнштейна з різними коефіцієнтами сили зчеплення. Реальні результати експерименту позначені червоним, результати передбачення у симуляції – чорним

Нижня діаграма - це збільшений фрагмент середнього кадру нижньому ряду малюнка 1.

На нижній діаграмі показано одновимірна симуляція загальної щільності як функції іноді у регіоні, де вперше виявилася динамічна нестабільність. Пунктирами розділені три групи атомів зі швидкостями в квазімомент, де ефективна маса починає ставати негативною (верхня лінія). Показано точку мінімальної негативної ефективної маси (посередині) та точку, де маса повертається до позитивних значень (нижня лінія). Червоні точки позначають місця, де локальний квазімомент лежить у районі негативної ефективної маси.

На першому ряду графіків видно, що під час фізичного експерименту речовина поводилася в точній відповідності з результатами симуляції, яка передбачає появу частинок з негативною ефективною масою.

У конденсаті Бозе - Ейнштейна частинки поводяться як хвилі і тому поширюються над тому напрямі, у якому мають поширюватися нормальні частки позитивної ефективної маси.

Заради справедливості слід сказати, що неодноразово фізики реєстрували під час експериментів результати, коли виявлялися властивості речовини негативної маси, але експерименти можна було інтерпретувати по-різному. Зараз невизначеність більшою мірою усунена.

Наукову статтю опубліковано 10 квітня 2017 року в журналі Physical Review Letters(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, доступно за підпискою). Копію статті перед відправкою до журналу розміщено 13 грудня 2016 року у вільному доступі на сайті arXiv.org (arXiv:1612.04055).

), навіть якщо ці матеріали створені та відносно добре вивчені.

Так ще можуть називати матеріал, створений із деяких видів екзотичних атомів, у яких роль ядра (позитивно зарядженої частинки) виконує позитрон (позитроній) або позитивний мюон (мюоній). Є також атоми з негативним мюоном замість електронів (мюонний атом).

Негативна маса

Видно, що об'єкт із негативною інертною масою пришвидшуватиметься у напрямку, протилежному тому, в якому його штовхнули, що, можливо, здасться дивним.

Якщо вивчати інертну масу, пасивну гравітаційну масу та активну гравітаційну масу окремо, то закон всесвітнього тяжіння Ньютона набуде такого вигляду:

Таким чином, об'єкти з негативною гравітаційною масою (і пасивною, і активною), але з позитивною інертною масою відштовхуватимуться позитивними активними масами і притягуватимуться негативними активними масами.

Аналіз Форварда

Хоча невідомі частки з негативною масою, фізики (спочатку Г. Бонді та Роберт Л. Форвард (англ.)російська. ) змогли описати деякі з очікуваних властивостей, якими можуть мати такі частинки. Припускаючи, що це три види мас рівні, можна побудувати систему, де негативні маси притягуються до позитивних мас, до того ж час позитивні маси відштовхуються від негативних мас. У той же час негативні маси будуть створювати силу тяжіння один до одного, але відштовхуватимуться при цьому через свої негативні інерційні маси.

При негативному значенні і позитивному значенні сила буде негативною (відштовхуючої). На перший погляд це виглядає так, ніби негативна маса прискорюватиметься в бік від позитивної маси, але оскільки такий об'єкт також матиме негативну інерційну масу, він прискорюватиметься в протилежному напрямку. Більш того, Бонді показав, що якщо обидві маси рівні по абсолютній величині, але відрізняються знаком, то загальна система позитивних і негативних частинок буде прискорюватися безкінечно без будь-якого додаткового впливу на систему зовні.

Ця поведінка дивна в тому, що вона абсолютно не поєднується з нашим уявленням про «звичайний всесвіт» із роботи з позитивними масами. Але воно цілком математично заможне і не вводить будь-яких протиріч.

Може скластися враження, що таке уявлення порушує закон збереження імпульсу та/або енергії, але у нас маси рівні за абсолютною величиною, одна при цьому позитивна, а інша негативна, а значить, імпульс системи дорівнює нулю, якщо вони рухаються разом і прискорюються разом , незалежно від швидкості:

І таке ж рівняння може бути обчислено для кінетичної енергії:

Форвард розширив дослідження Бонді на додаткові випадки і показав, що навіть якщо дві маси не рівні по абсолютній величині, то рівняння все одно залишаються несуперечливими.

Деякі властивості, які вводяться цими припущеннями, виглядають незвичайно, наприклад, у суміші газу з позитивної матерії та газу з негативної матерії позитивна частина збільшуватиме свою температуру нескінченно. Однак, у такому разі негативна частина суміші охолоджуватиметься з тією ж швидкістю, тим самим вирівнюючи баланс. Джеффрі А. Лендіс (англ.)російська. відзначив інші додатки аналізу Форварда, включаючи вказівки на те, що хоча частинки з негативною масою і відштовхуватимуться один від одного гравітаційно, але електричні сили, наприклад, заряди будуть притягуватися один до одного (на відміну від частинок з позитивною масою, де такі частинки відштовхуються ). В результаті для частинок з негативною масою це означає, що гравітаційні та електростатичні сили поміняються місцями.

Форвард запропонував дизайн для двигуна космічних кораблів з використанням негативної маси, який не вимагає припливу енергії та робочого тіла, щоб отримати скільки завгодно велике прискорення, хоча, звичайно, основною перешкодою є те, що негативна маса залишається повністю гіпотетичною. Див . diametric drive .

Форвард також ввів термін "нуліфікація" для опису того, що відбувається, коли зустрічаються звичайна та негативна матерія. Очікується, що вони можуть взаємно знищитись або «обнулити» існування один одного, причому після цього не залишиться жодної енергії. Однак легко показати, що деякий імпульс може залишитися (його не залишиться, якщо вони рухаються в одному напрямку, як описано вище, але їм потрібно рухатися один на одного, щоб зустрітися і взаємно обнулитися). Це, своєю чергою, пояснити, чому рівні кількості звичайній і негативної матерії не з'являються раптово з нізвідки (протилежність нуліфікації): у цій події нічого очікувати збережений імпульс в кожної їх.

Екзотична матерія у загальній теорії відносності

В яку сторону падає антиматерія?

Основна стаття: Гравітаційна взаємодія антиматерії

Більшість сучасних фізиків вважає, що антиматерія має позитивну гравітаційну масу і повинна падати вниз, як і звичайна матерія. Однак деякі дослідники вважають, що до цього часу немає переконливих експериментальних підтверджень цього факту. Це з труднощами безпосереднього дослідження гравітаційних сил лише на рівні частинок. На таких малих відстанях електричні сили беруть гору над набагато слабкішою гравітаційною взаємодією. Більш того, античастинки повинні зберігатися окремо від їх звичайних аналогів, інакше вони швидко анігілюють. Очевидно, що це утруднює прямий вимір пасивної гравітаційної маси антиматерії. Експерименти над антиматерією ATHENA (англ. ATHENA ) та ATRAP (англ. ATRAP ) можуть швидко дати відповіді.

Відповіді для інерційної маси, втім, давно відомі з експериментів з бульбашковою камерою. Вони переконливо показують, що античастинки мають позитивну інертну масу, що дорівнює масі «звичайних» частинок, але протилежний електричний заряд. У цих експериментах камера піддається впливу постійного магнітного поля, що змушує частинки рухатися гвинтовою лінією. Радіус та напрямок цього руху відповідають відношенню електричного заряду до інертної маси. Пари частинка-античастка рухаються гвинтовими лініями в протилежних напрямках, але з однаковими радіусами. З цього спостереження робиться висновок про те, що їх відношення електричного заряду до інертної маси відрізняються лише за знаком.

Примітки

У теоретичній фізиці негативна маса - це концепція про гіпотетичну речовину, маса якої має протилежне значення масі нормальної речовини (також як електричний заряд буває позитивний і негативний). Наприклад, −2 кг. Така речовина, якби вона існувала, порушувала б одну або кілька енергетичних умов і проявляла деякі дивні властивості. За деякими спекулятивними теоріями, речовину з негативною масою можна використовувати для створення червоточин (кротових нір) у просторі-часі.

Звучить як абсолютна фантастика, але...

Фізики з Вашингтонського університету (University of Washington) вперше в історії науки відтворили умови, за яких матерія, певний вид рідини, демонструє властивості "негативної маси". Поведінка цієї рідини повністю відповідає поняттю негативної маси, при додатку до неї вектора сили, що діє у певному напрямку, ця рідина починає рухатися з прискоренням у протилежному напрямку. Такий ефект важко отримати навіть у лабораторних умовах, "але його можна використовувати для вивчення та пояснення деяких раніше незрозумілих астрофізичних явищ" - пояснює Майкл Форбс (Michael Forbes), професор фізики та астрономії з Вашингтонського університету.

З гіпотетичної точки зору матерія може мати негативну масу так само, як електричні заряди мають позитивну або негативну полярність. Люди дуже рідко замислюються про цей аспект, адже в навколишньому світі проявляється лише "позитивна" сторона маси. Згідно з другим законом Ньютона, якщо ви докладете до якогось об'єкта постійну силу, він почне рухатися з постійним прискоренням у напрямку дії цієї сили.

"На основі Другого закону Ньютона діє майже все, що ми бачимо навколо себе", - розповідає Майкл Форбс.

Малюнок 1. Анізотропне розширення конденсату Бозе – Ейнштейна з різними коефіцієнтами сили зчеплення. Реальні результати експерименту позначені червоним, результати передбачення у симуляції – чорним

Нижня діаграма - це збільшений фрагмент середнього кадру в нижньому ряду малюнка 1. На нижній діаграмі показано одновимірна симуляція загальної щільності як функції іноді в регіоні, де вперше проявилася динамічна нестабільність.

Як рідина з негативною масою виступав так званий конденсат Бозе-Ейнштейна, хмара з атомів рубідії, охолоджених практично до температури абсолютного нуля. У таких умовах тепловий рух частинок практично зупиняється і завдяки висування на перший план законів квантової механіки ця хмара атомів набуває хвильової функції і поводиться як один великий цільний атом. Крім цього, конденсат Бозе-Ейнштейна за рахунок синхронного руху атомів має властивості суперрідини, надплинної рідини, коефіцієнт в'язкості якої дорівнює нулю.

За допомогою світла лазерів з певними параметрами вчені уповільнили практично до повної зупинки атоми рубідії, а ті "гарячі" атоми, які не вдалося сповільнити, були вигнані з пастки за допомогою того ж лазерного світла. Пастка, в яку було "загнано" конденсат Бозе-Ейнштейна, мала сферичну форму і розмір всього в 100 мікрон. У цей момент у конденсату ще була проста "позитивна" маса, але навмисне порушення цілісності пастки призвело до порушення ідеальної сферичної форми конденсату і атоми рубідія звернулися назовні пастки.

І в цей момент почалося все найцікавіше. Вчені використали набір додаткових лазерів, які змінили напрямок обертання атомів рубідії. І після такої "обробки" суперрідина конденсату набула властивостей негативної маси. "Щойно атоми доходять до межі переходу маси з позитивної в негативну область, вони різко прискорюються у зворотному напрямку", - розповідає Майкл Форбс, - "Це схоже на те, що атоми рубідії ніби відбиваються від невидимої стіни".

Вищеописана методика отримання матерії з "негативною" масою дозволила вченим уникнути деяких проблем та неприємностей, з якими стикалися вчені під час попередніх подібних спроб. "Завдяки повному та точному контролю всіх параметрів експерименту, нам вдалося відтворити умови, за яких в експериментальній галузі виникає чітка межа "зміни полярності" маси матерії", - розповідає Майкл Форбс, - "Щось подібне може відбуватися і в надрах екзотичних астрономічних об'єктів, таких, як нейтронні зірки, чорні дірки і щільні скупчення темної матерії.Тепер ми маємо можливість експериментувати та моделювати в лабораторних умовах фундаментальні явища, які відбуваються лише у дуже специфічному навколишньому середовищі вищезгаданих космічних об'єктів"

Для того, щоб бути в курсі нових постів у цьому блозі є канал Telegram. Підписуйтесь, там буде цікава інформація, якої немає у блозі!

А ось нам уже обіцяють, що незабаром Самопоточна рідина потече в крани сама і зараз у нас йде Шосте вимирання. Нещодавно був вирощений штучний мозок і вперше успішно заморозили і розморозили органи.

Збережено

Чергова «наукова» сенсація з-за кордону змусила здригнутися – настільки дурною вона виявилася. Деякі вчені заявили, що змогли, мовляв, досягти ефекту «негативної маси», а мережеві журналісти рознесли цей квітневий жарт за виданнями. Проаналізуємо статтю Іллі Хель з hi-news.ru про цю подію.

У новині йдеться про те, що фізики Вашингтонського університету створили рідину з негативною масою. Ознакою такої маси фізики вважають ось що: «Клацніть її, і, на відміну від усіх фізичних об'єктів у світі, які ми знаємо, вона не прискориться за поштовхом. Вона прискориться у зворотний бік». Таке заявив Майкл Форбс, доцент, фізик та астроном Вашингтонського університету, а саме дослідження з'явилося у Physical Review Letters.

Далі пояснюється, що гіпотетично речовина, нібито, може мати негативну масу, мовляв, у тому сенсі, в якому електричний заряд може бути як негативним, так і позитивним. А ілюстрацією цього фізики наводять «Другий закон» Ісаака Ньютона – сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, що повідомляється цією силою.

Далі, певне, сам Ілля Хель роз'яснює цей «закон»: «Якщо ви штовхнете об'єкт, він прискориться у напрямі вашого поштовху. Маса прискорить його у напрямі сили». А Форбс стверджує, що «ми звикли саме до такого стану справ» і додає: «З негативною масою, якщо ви щось штовхнете, воно прискориться до вас».

Так ось, шановні фізики із США слабо знають фізику. Давайте розберемося у їхніх заявах. По-перше, немає жодної роботи у світі, в якій би було розкрито фізичну сутність маси. По-друге, у світі немає жодного визначення цієї фізичної величини. Тобто ніхто у світі на сьогоднішній момент не знає, що таке багато. Пошук визначення та виявлення сутності маси – це одне з найактуальніших завдань сучасної фізики.

Як виходять із цієї ситуації фізики? Вони виводять масу з «Другого закону» Ньютона, того самого, який згадують у статті. Проте, певне, ці фізики не читали роботи Ньютона. А він запровадив ТАКУ масу як коефіцієнт пропорційності, а не як фізичну величину. Тобто з масою, взятою з «Другого закону» Ньютона, жодних операцій не можна робити.

Сьогодні масою позначають інерцію – а вона таки перешкоджає прискоренню, тобто, за версією авторів статті, поводиться як негативна маса. І це помилка – наслідок нерозуміння фізиками зі США фізичної сутності маси.

Тепер про «Другий закон» Ньютона. Це не є закон. Це звичайний вираз для нової фізичної величини, яка в цьому виразі позначена літерою F і названа словом Сила. Таким чином записуються багато фізичних величин, наприклад, l = vt (шлях дорівнює добутку швидкості на час), або S = ab (площа дорівнює добутку довжини на ширину) і т.д.

Насправді, це не так. Навіть якщо дотримуватися «законів» Ньютона, то з них видно, що маса породжує центральну силу гравітації, тобто маса має центрально-стрімкі властивості, де є тільки 0 і нескінченність. Ніяких плюсів та мінусів. Тому фізика давно дійшла висновку: маса може бути або дорівнює нулю, або мати позитивне значення.

Тепер поясню, що таке багато. Працюючи над Єдиною теорією поля, мені вдалося дещо просунутися у цьому напрямі. Маса – це складна фізична величина, до складу якої входить: 1) кількість частинок у «тілі», 2) їхній рух, 3) геометрія траєкторії руху, 4) ймовірність знаходження частинок у тому чи іншому місці цієї траєкторії. І найголовніше – в одного тіла існує безліч мас. Цю властивість відкрив у ХІХ столітті відомий фізик Мах, але тоді він не зміг його пояснити.

Тому, впливаючи на масу силою, за її рухом не можна судити про знак цієї маси. Наведу приклад. Якщо взяти тіло, що обертається - дзига, - і прикласти до нього силу, то тіло рушить у напрямку, перпендикулярному прикладеній силі. І це властивість гіроскопа проходять з фізики у школі. Ось вам і негативна маса! Фізики зі США просто не ходили до 8 класу.

Більше того, вони самі описують свій експеримент, який вони проводили з тілом, що обертається. Ось як описується робота «геніїв»: «Разом із колегами він створив умови для негативної маси, охолоджуючи атоми рубідії до стану практично абсолютного нуля і створюючи цим конденсат Бозе – Ейнштейна. У цьому стані, передбаченому Шатьендранатом Бозе і Альбертом Ейнштейном, частинки рухаються дуже повільно і, дотримуючись принципів квантової механіки, поводяться як хвилі. Вони також синхронізуються та рухаються в унісон у вигляді надплинної рідини, яка тече без втрати енергії».

Не зважайте на страшні слова типу «конденсат». Дивіться на суть. Тут знову рокова помилка. Автор співвідносить низьку температуру зі швидкістю руху частинок, мовляв, вони рухаються повільно.

Але температура – ​​це швидкість руху частинок в потоці, а швидкість руху частини в перпендикулярному йому напрямі! Наприклад, якщо рідина тече паралельно до стінки, то ніякого тиску на неї вона не здійснює. Тиск – це результат перпендикулярного удару по стінці судини. Це нам чудово донесли викладачі в інституті на кафедрі «Ракетні двигуни». Вони швидкість потоку – головний показник, із яким працюють.

Тому низькотемпературним є ламінарний потік, а високотемпературним – турбулентний. І нічого тут немає, пов'язаного із конденсатом.

Далі: «Під керівництвом Пітера Енгельса, професора фізики та астрономії Вашингтонського університету, вчені на шостому поверсі Вебстер-Холла створили ці умови, використовуючи лазери для уповільнення частинок, зробивши їх холоднішими і дозволивши гарячим, високоенергетичним частинкам вислизнути подібно до пар, ».

Тут і описується те, що лазерами вибиті частинки, що мають зайвий поперечний градієнт.

Далі: «Лазери захопили атоми, якби вони знаходилися в чаші розміром менше ста мікронів. На цьому етапі надплинний рубідій мав звичайну масу. Розрив чаші дозволив рубідії вирватися, розширюючись у міру того, як рубідій у центрі проштовхувався назовні».

У перекладі загальнозрозумілою мовою, це означає, що атоми рубідії були поміщені в інтерференційну структуру, створювану лазерами. Ця структура має складну геометрію швидкостей у собі. Тут не можна говорити про якийсь напрям.

Далі: «Щоб створити негативну масу, вчені застосували другий набір лазерів, які штовхали атоми назад і вперед, змінюючи їх спини. Тепер, коли рубідій вибігає досить швидко, він поводиться так, ніби має негативну масу. "Клацніть його, і він прискориться у зворотному напрямку", - каже Форбс. "Ніби рубідій б'ється об невидиму стіну"».

Тут виходить на сцену ще одна фізична величина – спін. Працюючи над книгою «Вакуум: концепція, будова, властивості» з приводу спини мені довелося консультуватися на кафедрі фізики одного з провідних фізичних інститутів країни. Керівник кафедри сказав мені приблизно так: «Я займаюся спином більше двадцяти років, кандидатську та докторську писав про нього, краще за мене фахівців немає, але і я не можу пояснити, що таке спин».

І він правий. Немає чіткого поняття, що таке спин. Тому неможливо цілеспрямовано змінити те, природу чого не розумієш. Приклад: ніхто не знає мови марсіан, тому ніхто не може міняти частину слів цієї мови.

У моїй інтерпретації, спин – це показник повернення системи у вихідний стан: через яку кількість дробових рухів система перейде в стан, який не відрізняється від попереднього. Наприклад, у звичайного кругового руху 1 коло – це спин, рівний 1. У стрічці Мёбиуса спин дорівнює 2 – потрібно послідовно переміститися по обидва боки стрічки. У синуса та косинуса спин дорівнює ½.

Є багато різних варіантів, але поштовхами назад і вперед спини змінити неможливо. Спін змінюється лише за допомогою зміни геометрії простору, яким здійснюється рух (стрічка Мёбиуса), або за допомогою застосування іншого алгоритму для опису руху (синус, косинус).

Вкотре фізики зі США зморозили дурість. Причина в тому, що вони вирішили завдання, не розуміючи суті вихідних положень. А журналісти рознесли цю «сенсацію» як ріжком.