Чи може вага бути негативною. Фізики, їх нескінченна дурість та результат – «негативна маса

), 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

Сторінка 1

Негативна маса готується з 90% окису кадмію, 75% гідрату закису нікелю, 25% солярового масла.

Негативна маса акумуляторів фірм Alclum та DEAC складається з кадмію та заліза у співвідношенні Cd: Fe 4: 1; негативна маса фірми Tudor - з гідрату окису кадмію з добавкою 45% нікелю і 35% графіту.

Поняття негативної маси виникає, якщо хочуть представляти справу так, що електрон рухається весь час в тому самому зовнішньому полі; в цьому випадку не залишається нічого іншого, як вважати, що гальмування до нульової швидкості відбувається за рахунок негативної маси. Зрозуміло, сили у ґратах, які викликають це гальмування, є цілком реальними, проте не в уявленнях класичної механіки, а в уявленнях хвильової механіки кристалічних електронів.

Частки негативної маси взагалі поводилися б дуже дивно з погляду наших звичних макроскопічних уявлень. Якщо така частка, взаємодіючи з довкіллям, відчувала б опір тертя, вона мала б безперервно прискорюватися, а чи не сповільнюватися, як звичайна частка. І все це завдяки тому, що негативні маси взагалі суперечать звичній класичній термодинаміці.

Допускаючи частки негативної маси, ми вважаємо, що фізичні системи можуть мати як завгодно великі позитивні енергії, так і завгодно малі, нічим не обмежені знизу негативні енергії. Ця властивість систем, що містять мінус-частинки, перебуває, однак, у суперечності з однією з вихідних аксіом термодинаміки – постулатом існування стану термодинамічної рівноваги. Однак такий стан рівноваги можливий не у всіх фізичних систем. Такі системи мають стан термодинамічної рівноваги.

p align="justify"> Модифікована нестійкість негативної маси була незалежно виявлена ​​в експериментах на установці DCX-II , де, як виявилося, вона призводить до зовсім несподіваних, цікавих наслідків.

Для ілюстрації методу негативних мас визначимо центр тяжкості круглої однорідної пластинки радіусу R з вирізом у формі кола радіусу - R (фіг. Так як пластинка з вирізом має вісь симетрії, то її центр тяжіння лежить на цій осі.

Властивості частинки з негативною масою спокою є абсолютно незвичайними. Приміром, при т0г0 вектор швидкості частинки і вектор її імпульсу спрямовані завжди в протилежні сторони.

Припустимо, що частинки негативної маси можуть випромінювати або поглинатися системами звичайних частинок, так само як, наприклад, фотони або л; - Мезони. Однак випромінювання мінус-частинки означає збільшення енергії та імпульсу системи А, таке саме, яке було б викликано поглинанням плюс-частинки тієї ж (за абсолютним значенням) маси. І, аналогічно, поглинання мінус-частинки системою В еквівалентне випромінювання цією системою плюс-частинки.

Однак на прикладі частинок негативної маси ми вже бачили, що існують об'єкти, які не можуть бути зареєстровані звичайними приладами, проте можуть бути виявлені за допомогою нових вимірювальних пристроїв. Тому слід розглянути можливість існування спеціальних вимірювальних систем, здатних реєструвати частинки уявної маси.

При роботах з приготування лужної негативної маси та лужної пасти, в які входить лужний електроліт, слід дотримуватись усіх вимог безпеки роботи зі лугами (див. гл.

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

Дослідники з Університету штату Вашингтон (США) досягли від атомів рубідії поведінки речовини з негативною ефективною масою. Це означає, що ці атоми при зовнішньому вплив не летіли у бік вектора цього впливу. В умовах експерименту вони поводилися так, ніби налітали на невидиму стіну щоразу, коли наближалися до меж області з дуже малим об'ємом. Відповідна опублікована в Physical Review Letters.Досвід був неправильно витлумачений ЗМІ як "створення речовини з негативною масою" (теоретично воно дозволяє створювати червоточини для далеких космічних подорожей). Насправді одержання речовини з негативною масою якщо і можливо, то лежить далеко за межами досяжного для сучасних наук і технологій.

Атоми рубідія змусили рухатися у бік, протилежний вектору сили, що додається до них. ЗМІ помилково сприйняли це як створення речовини з "негативною масою"

Автори роботи уповільнили лазером атоми рубідії (зменшення швидкості частки означає її охолодження). На другому етапі охолодження найбільш енергійним атомам дали залишити об'єм, що охолоджується. Це ще більше охолодило його, як випаровування атомів холодоагенту охолоджує вміст побутового холодильника. На етапі використовувався інший набір лазерів, імпульси яких змінювали спин (спрощено - напрям обертання навколо своєї осі) частини атомів.

Оскільки одні атоми в охолоджуваному обсязі продовжували мати нормальний спин, інші отримали зворотний, їх взаємодія між собою набула незвичайний характер. При нормальному поведінці атоми рубідія, зіштовхуючись, розліталися в різні боки. Центральні атоми виштовхували б крайні назовні, прискорюючи в напрямку докладання сили (вектора руху першого атома). Через різнобій у спинах практично атоми рубідія, охолоджені до малих часток кельвіна, після зіткнень не розліталися, залишаючись у вихідному обсязі, що дорівнює приблизно тисячною кубічного міліметра. Збоку це виглядало так, ніби вони налітали на невидиму стіну.

Дуже віддалена аналогія для групи атомів з різними спинами - зіткнення двох і більше футбольних м'ячів, бічним ударом заздалегідь закручених до обертання навколо своєї осі в різні боки. Зрозуміло, що напрямки та швидкості їхнього руху після зіткнення істотно відрізнятимуться від тих самих результатів у звичайних м'ячів. Але це не означає, що м'ячі змінили свою фізичну масу. Змінився лише характер взаємодії між собою. Також і в експерименті маса атомів не стала негативною. У гравітаційному полі вони, як і раніше, опускалися б униз. По-справжньому змінилося лише те, куди вони рухалися після зіткнень з іншими такими ж атомами, але "оберталися" навколо своєї осі в інший бік.

Те, як поводилися в досвіді атоми рубідії, відповідає визначенню негативної ефективної маси у фізиці. Ним користуються, наприклад, при описі поведінки електрона в кристалічній решітці. Він формальна маса залежить від напрямку руху щодо осей кристала. Рухаючись в одному напрямку, він покаже одну дисперсію (розсіювання), в іншому – іншу. Поняття ефективної маси їм запровадили оскільки інакше в описах їх розсіювання формулами маса починала залежати від енергії, що дуже зручно для обчислень. Прикладом негативної ефективної маси можна назвати поведінку дірок у напівпровідниках, з якими має справу кожен користувач сучасної електроніки.

Більшість засобів масової інформації, включаючи російські, інтерпретували експеримент як створення речовини з негативною масою. Теоретично матерія з подібними властивостями може бути використана для утримання в робочому стані червоточин, що дозволяють далекі переміщення у просторі та часі за нульовий час. Практична можливість створення такої речовини, як і самих червоточинів, поки що не доведена. Навіть якщо воно можливе, його отримання за сучасних технічних можливостей людства малореальне.