Негативна речовина. Екзотична матерія

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).

Бажано дивитися з роздільною здатністю 1280 Х 800

"Техніка-молоді", 1990 №10, с. 16-18.

Сканував Ігор Степікін

Трибуна сміливих гіпотез

Понкрат БОРИСІВ, інженер
Негативна маса: безкоштовний політ у нескінченність

У зарубіжних і радянських фізичних журналах статті на цю тему іноді з'являються вже понад 30 років. Але, як не дивно, вони, здається, досі не привернули уваги популяризаторів. Адже проблема негативної маси, та ще й у суворій науковій постановці - чудовий подарунок і любителям парадоксів сучасної фізики, і письменникам-фантастам. Але така вже властивість спеціальної літератури: сенсація в ній може залишатися прихованою десятиліттями.

Отже, йдеться про гіпотетичну форму матерії, маса якої протилежна за знаком звичайної. Відразу виникає питання: що це, власне, означає? І відразу з'ясовується: правильно визначити поняття негативної маси не так просто.

Безперечно, вона повинна мати властивість гравітаційного відштовхування. Але, виявляється, одного цього мало. У сучасній фізиці строго різняться цілих чотири види маси:

гравітаційна активна - та, що притягує (якщо вона позитивна, звісно);

гравітаційна пасивна - та, що притягується;

інертна, яка набуває певного прискорення під дією доданої сили (а = F/m);

нарешті, ейнштейнівська маса спокою, що задає повну енергію тіла (Е = mС 2).

У межах загальноприйнятих теорій вони рівні за величиною. Але розрізняти їх треба, і це стає зрозумілим якраз при спробі визначити негативну масу. Справа в тому, що вона буде повністю протилежна звичайній, тільки якщо всі чотири її види стануть негативними.

На основі такого підходу в першій статті на цю тему, опублікованій ще в 1957 році, англійський фізик X. Бонді визначив основні властивості «мінус-маси» шляхом суворих доказів.

Повторити їх тут, можливо, навіть не дуже складно, адже вони засновані лише на ньютонівській механіці. Але це захаращує нашу розповідь, і потім тут є чимало фізичних та математичних «тонкощів». Тому перейдемо відразу до результатів, тим більше, що вони цілком наочні.

По-перше, «мінус-матерія» повинна гравітаційно відштовхувати будь-які інші тіла, тобто не тільки з негативною, але і з позитивною масою (тоді як звичайна речовина, навпаки, завжди притягує матерію обох видів). Далі, під дією будь-якої сили, аж до сили інерції, вона повинна рухатись у напрямку, протилежному вектору цієї сили. І, нарешті, її повна ейнштейнівська енергія також має бути негативною.

Тому, до речі, треба підкреслити, що наша дивовижна матерія - не антиречовина, маса якої вважається все ж таки позитивною. Наприклад, за сучасними уявленнями, «Антиземля» з антиматерії оберталася б навколо Сонця за такою самою орбітою, як і наша рідна планета.

Все це, мабуть, майже очевидне. Але далі починається неймовірне.

Візьмемо ту ж гравітацію. Якщо два звичайні тіла притягуються і зближуються, а дві антимаси відштовхуються і розбігаються, то що станеться при гравітаційній взаємодії мас різного знака?

Нехай це буде найпростіший випадок: тіло (припустимо, куля) з речовини з негативною масою -М знаходиться за об'єктом (назвемо його «ракетою» - зараз дізнаємося, навіщо) з рівною за величиною позитивною масою +М. Зрозуміло, що гравітаційне поле кулі відштовхує ракету, тоді як вона сама притягує кулю. Але звідси випливає (це знову ж таки суворо доводиться), що вся система рухатиметься прямою, що з'єднує центри двох мас, з постійним прискоренням, пропорційним силі гравітаційної взаємодії між ними!

Звичайно, на перший погляд ця картина спонтанного, безпричинного руху «доводить» лише одне: антимаса з такими властивостями, які ми їй від початку приписали у визначенні, просто не може існувати. Адже ми отримали, здавалося б, цілий букет порушень непорушних законів.

Ну хіба не зневажається тут абсолютно відкрито, наприклад, закон збереження імпульсу? Обидва тіла ні з того ні з сього прямують в одному напрямку, а в протилежному при цьому ніщо не рухається. Але згадаємо, що одна з мас негативна! Адже це означає, що й імпульс її, незалежно від швидкості, має знак «мінус»: (-M)V, і тоді сумарний імпульс системи двох тіл, як і раніше, залишається нульовим!

Те саме і з повною кінетичною енергією системи. Поки тіла спочивають, вона дорівнює нулю. Але з якою б швидкістю вони не рухалися, ніщо не змінюється: негативна маса кулі, у повній відповідності до формули (-M)V 2 /2, накопичує негативну кінетичну енергію, яка точно компенсує приріст позитивної енергії ракети.

Якщо все це здається абсурдним, то, можливо, «виб'ємо клин клином» - спробуємо підтвердити один абсурд іншим? Ще з шостого класу ми знаємо, що центр рівних точкових мас (позитивних, звичайно) знаходиться посередині між ними. Так ось – як вам сподобається наступний висновок? Центр рівних точкових мас РІЗНОГО ЗНАКА лежить хоч і на прямій, що проходить через них, але не всередині, а ПОЗА відрізка, що з'єднує їх, у точці ±Ґ ?!

Ну як, легше?

До речі, цей висновок вже дуже елементарний, і кожен за бажання може повторити його, володіючи фізикою лише на рівні того ж шостого класу.

Той, хто не вірить на слово і захоче переконатися у правильності всіх обчислень, може звернутися до однієї з останніх публікацій на цю тему – статті американського фізика Р. Форварда «Ракетний двигун на речовині негативної маси», надрукованій у перекладному журналі «Аерокосмічна техніка» № 4 за 1990 рік.

Але, може, досвідчений читач думає, що він і без жодних обчислень зрозумів, де йому підсунули «липу»? Справді: у всіх цих витончених міркуваннях замовчується питання: звідки узялася взагалі така чудова маса? Адже яке б не було її походження, на її «видобуток», «виготовлення» або, припустимо, на доставку до місця дії доведеться витратити енергію, а отже...

На жаль, досвідчений читачу! Енергія, звичайно, знадобиться, але знову ж таки негативна. Нічого не поробиш: в ейнштейнівській формулі повної енергії тіла Е = Мс 2 наша чудова маса має той самий знак «мінус». Це означає, що для «виготовлення» пари тіл з РІВНИМИ масами РІЗНИХ знаків знадобиться НУЛЬОВА сумарна енергія. Те саме стосується і доставки, і будь-яких інших маніпуляцій.

Ні - хоч як парадоксальні всі ці результати, суворі висновки стверджують, що наявність антимаси не суперечить як ньютонівській механіці, а й загальної теорії відносності. Не вдалося знайти жодних логічних заборон на її існування.

Що ж - якщо теорія "дозволяє", то подумаємо, наприклад, - що може статися при фізичному контакті двох однакових частинок речовини з плюс-і мінус-масою? Зі «звичайним» антиречовиною все ясно: відбудеться анігіляція з виділенням повної енергії обох тіл. Але якщо одна з двох рівних мас негативна, то їхня сумарна енергія, як ми тільки що зрозуміли, дорівнює нулю. А ось ЩО з ними станеться насправді - це вже питання, яке виходить за межі теорії.

Результат такої події можна дізнатися лише досвідченим шляхом. «Обчислити» його не можна - адже ми не маємо жодного уявлення про «механізм дії» негативної маси, її «внутрішній устрій» (як, втім, не знаємо цього і про звичайну масу). Теоретично ясно одне: у будь-якому разі повна енергія системи залишиться нульовою. Ми маємо право висунути лише ГІПОТЕЗУ, як і робить той самий Форвард. За його припущенням, фізична взаємодія тут призводить не до анігіляції, а до так званої «нуліфікації», тобто «тихого» взаємного знищення частинок, їхнього зникнення без виділення енергії.

Але, повторимо, підтвердити чи спростувати цю гіпотезу міг би лише експеримент.

З тих самих причин ми нічого не знаємо і про те, як "виготовити" негативну масу (якщо це взагалі можливо). Теорія лише стверджує, що дві рівні маси протилежного знака в принципі можуть виникнути без жодних енергетичних витрат. І тільки-но така пара тіл з'явиться, вона полетить, прискорюючись, по прямій в нескінченність...

Р. Форвард у своїй статті «сконструював» вже й двигун на негативній масі, який може доставити нас у будь-яку точку Всесвіту за будь-якого прискорення, яке ми задамо. Виявляється, для цього потрібна тільки... пара хороших пружин (всі взаємодії «мінус-маси» із звичайною за допомогою пружних сил, звичайно, також детально розраховані).

Отже, помістимо нашу чудову масу, що дорівнює за величиною масі ракети, серед її «рухового відсіку». Якщо потрібно летіти вперед, розтягнемо пружину від задньої стінки та зачепимо її тіло негативної маси. Негайно через свої «збочені» інерційні властивості воно спрямує не туди, куди його тягнуть, а в прямо протилежному напрямку, захоплюючи за собою ракету з прискоренням, пропорційним силі натягу пружини.

Щоб припинити прискорення, достатньо відчепити пружину. А для уповільнення та зупинки корабля потрібно використовувати другу пружину, прикріплену до передньої стінки рухового відсіку.

І все-таки часткове спростування «безкоштовного двигуна» є! Щоправда, приходить воно із зовсім несподіваного боку. Але про це – наприкінці.

А поки що пошукаємо місця, де могли б перебувати великі кількості негативної маси. Такі місця нагадують виявлені на великомасштабних тривимірних картах розподілу галактик у Всесвіті гігантські порожнечі - найцікавіші власними силами явища. Як видно із рис. 2, розміри цих порожнин, які називають ще просто «бульбашками»,- близько 100 млн. світлових років (тоді як розміри нашої Галактики - близько 0,06 млн. світлових років). Таким чином, у найбільшому масштабі Всесвіт має пінисту структуру.

Кордони бульбашок чітко позначені скупченнями великої кількості галактик. Усередині бульбашок їх практично немає, а якщо все ж таки вони там зустрічаються, то це дуже незвичайні об'єкти. Їх характерні спектри потужного високочастотного випромінювання. Зараз вважають, що бульбашки містять галактики, що «не відбулися», або газові хмари зі звичайного водню.

Але чи не можна припустити, що «пінна» структура Всесвіту - результат її утворення з однакової кількості частинок негативної та позитивної маси? З такого пояснення, до речі, само собою випливає дуже привабливе слідство: сумарна маса Всесвіту завжди була і залишається нульовою. Тоді бульбашки - це природні місця для мінус-маси, частки якої прагнуть розійтися якнайдалі один від одного. А позитивна маса виштовхується на поверхню пухирів, де під впливом сил тяжіння утворює галактики, зірки. Тут можна нагадати про статтю А. А. Баранова, що з'явилася ще в 1971 в № 11 журналу «Известия вузів. Фізика». Там розглядається космологічна модель Всесвіту з частинками, що мають масу обох знаків. За допомогою цієї моделі автор пояснює експериментальні оцінки космологічної постійної та хабблівської червоної зміщення, а також деякі аномальні явища, що спостерігаються у взаємодіючих галактиках.

Ще одна можлива ознака великих кількостей негативної маси – наявність у великомасштабних структурах Всесвіту дуже швидких «течій». Так, надскупчення, що містить нашу Галактику, «тече» зі швидкістю 600 км/с щодо фону реліктового випромінювання, що спочиває. Така швидкість не вписується в рамки теорій утворення галактик з холодної чорної речовини. Р. Форвард пропонує спробувати пояснити це з урахуванням колективного відштовхування скупчень від бульбашок, містять негативну масу.

Отже, негативна матерія може лише розлітатися. Але в цьому, виявляється, і полягає часткове спростування багатьох висновків, про які йшлося. Адже властивість гравітаційного відштовхування у частинок речовини, якою б не була їхня природа, неминуче призводить до того, що ці частинки не можуть зібратися разом під впливом сил тяжіння. Більше того: оскільки частка негативної маси під дією будь-якої сили рухається в напрямку, протилежному вектору цієї сили, то і звичайні міжатомні взаємодії не можуть зв'язати такі частки «нормальні» тіла.

Але сподіваємося, що задоволення від усіх цих міркувань читач все ж таки отримав...

), 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 може, у свою чергу, пояснити, чому рівні кількості звичайної та негативної матерії не з'являються раптово з нізвідки (протилежність нуліфікації): у цій події не буде збережено імпульсу кожної з них.

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

Основні розділи

Загальна (фізична) акустика Геометрична акустика Психоакустика Біоакустика Електроакустика Гідроакустика Ультразвукова акустика Квантова акустика (акустоелектроніка) Акустична фонетика (Акустика мови)
Прикладна акустика	Архітектурна акустика (Будівельна акустика) Аероакустика Музична акустика Акустика транспорту Медична акустика Цифрова акустика
Сумежні напрямки	Акустооптика

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.

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

Як відомо, драконів немає. Ця примітивна
констатація може задовольнити лише розум простака, але не вченого; банальність буття встановлена дуже давно і не заслуговує на більше жодного слівця. ГеніальнийЦереброн Емдеертій, атакувавши проблему методами точних наук, встановив, що є три типи драконів: нульові, уявні та негативні. Всі вони, як було сказано, не існують, проте кожен тип - на свій особливий зразок.
(Станіслав Лев "Кіберіада")

Вивчаючи природу, вчений, якщо це справжній вчений, обов'язково підходитиме до тієї межі, за якою починається неможливе. І якщо це справжній учений, то він, звичайно, намагатиметься зазирнути в це неможливе. Але оскільки він - справжній учений, то він змушений буде визнати, що в цьому самому неможливому його наука безсила.

Фізика дає прекрасний набір інструментів вивчення можливого, але неможливого всі ці інструменти непридатні. Для неможливого потрібно щось інше, що лежить поза фізики. Тому фізика неможливе не вивчає. Фізика чесно говорить: це лежить за межами моєї компетенції. А якщо хтось, видаючи себе за вченого, починає пояснювати неможливе за допомогою фізики, чи якоїсь іншої природної науки, то можна сміливо стверджувати, що перед нами не вчений, а шарлатан.

А хто ж тоді може вивчати неможливе? Хто має необхідний для цього набір інструментів? Таким набором інструментів може мати художник. Художник у сенсі слова. Багато хто, напевно, знає, що слово «артист» з латини перекладається як «художник», і означає не тільки того, хто пише картини, а будь-яку творчу людину. В українській мові є аналогічне слово: «митець», тобто людина мистецтва. Людина мистецтва зі своїми художнім сприйняттям світу може орієнтуватися в тому, що лежить за межею можливого.

Але в артиста, у художника інше лихо, він не знає туди дороги. Адже, щоб потрапити у неможливе, треба пройти шлях можливого, а можливе лежить у компетенції вченого, а чи не художника. Виходить, що художник може потрапити у неможливе лише випадково. І такі випадкові попадання туди, такі прогулянки неможливим для нього можуть бути дуже небезпечними. Тут можна згадувати долю Гоголя, Достоєвського, Булгакова – для кожного з них проникнення у неможливе не пройшло безболісно. Щоб входити в неможливе і виходити з нього без важких наслідків, треба добре знати дорогу туди й назад. А дорогу цю знають вчені насамперед фізики. Отже, щоб стикатися з неможливим, треба добре освоїтися у можливому.

Взагалі, що в нас виходить? У нас є вчені, які знають дорогу в неможливе і назад, але не знають, як орієнтуватися в неможливому, і є художники, які вміють там орієнтуватися, але не знають дороги. Така ось засідка. Тому головним інтелектуальним завданням XXI століття я вважаю створення такого пізнавального апарату, який поєднає науку та мистецтво. А головним педагогічним завданням XXI століття я вважаю створення такої системи освіти, яка зможе готувати людей розвинених всебічно, які володіють науковим підходом, так і художнім чуттям. Якщо зараз є поділ людей на технарів і гуманітаріїв, або, як ще говорять на фізиків і ліриків, то в майбутньому кожна людина, що поважає себе, повинна стати і фізиком, і ліриком одночасно.

Власне для цього я й створюю цей цикл.

Минулого разу, говорячи про об'єкти абсолютного холоду, я сказав, що такі об'єкти повинні складатися не з молекул, а з чогось принципово іншого, що має принципово інші властивості. Про які властивості йдеться? Насамперед, про масу.

Температура, як ми пам'ятаємо, це міра енергії молекул, з яких складається тіло. А енергія руху молекул або їх кінетична енергія залежить від двох параметрів: від швидкості та від маси. Від швидкості більшою мірою, ніж від маси. Залежність кінетичної енергії від маси – лінійна, а залежність кінетичної енергії від швидкості – квадратична. Тобто якщо масу збільшити вдвічі, то й кінетична енергія зросте вдвічі, а якщо швидкість збільшити вдвічі, то кінетична енергія зросте вчетверо. А якщо втричі, то – у дев'ять разів, вчетверо – у шістнадцять, і так далі, – це квадратична залежність.

Так ось, якими мають бути маса і швидкість молекул, щоб їхня кінетична енергія, а, отже, і температура тіла, що з них складається, була негативною? Або в цих молекул має бути негативна маса, або - уявна швидкість. Але уявні числа - це така математична абстракція, що уявити собі уявну швидкість навіть я не можу, при всій моїй уяві, а ось негативна маса - це, хоч і неможливе, але таке, що можна собі уявити.

Насамперед, що таке маса? Ті, хто зовсім не знають фізики, плутають масу з вагою, але я сподіваюся, що тут таких немає. Отже, маса – це міра інертності (не плутати з інерцією!). Кожне фізичне тіло має таку невід'ємну властивість як інертність. Інертність – це властивість тіла зберігати свій стан. Або це стан спокою, нерухомості, чи навпаки - стан руху. Наприклад, м'ячик зрушити легко, а шафа важко. Велосипед зупинити легше, ніж вантажний автомобіль. Це інертність. А кількісний захід інертності називається масою. Маса тіла може бути більшою, може меншою, але вона завжди більша за нуль. Отже, і інерція тіла завжди позитивна.

А що означає негативна маса, якщо така десь буде виявлена? Це означає, що тіло має негативну інертність. Як виражається позитивна інертність? Ми м'ячик штовхаємо, він котиться, ми перешкоджаємо його руху, він зупиняється. Це – природно, це – позитивна інертність. Отже, як поводитиметься тіло з негативною інертністю та негативною масою? Воно поводитиметься суворо навпаки: ми його штовхаємо вперед, воно рухається назад, ми його намагаємось зупинити, воно розганяється. Таких тіл, тіл з негативною інерцією виявлено не було, і цілком можливо, що в нашому Всесвіті таких тіл не існує. А ось за межами Всесвіту…

Якщо згадати мої попередні випуски, то в них я кілька разів намагався заглянути за межі нашого Всесвіту, за межі можливого. Коли я говорив про обрій подій, про чорні діри, про надсвітлові швидкості, про зворотний перебіг часу і, нарешті, про температури нижче абсолютного нуля.

Отож, з чого має складатися тіло з негативною масою? Не з молекул, та якщо з чогось принципово іншого, з частинок, маса яких теж - негативна. Але якщо маса частинок - негативна, значить, і їхня кінетична енергія - теж негативна (якщо хтось пам'ятає, формулу кінетичної енергії -

mv 2 /2). Але якщо їхня кінетична енергія – негативна, значить, і міра середньої кінетичної енергії таких частинок, тобто температура – теж буде негативною. Вірніше, це вже не зовсім температура, оскільки таке тіло складається з не зовсім молекул.

Ще цікаво подумати над тим, як поводитимуться такі не зовсім молекули, адже у них буде негативна інертність, отже, при взаємних зіткненнях вони рухатимуться не так, як звичайні молекули. І притягуватись між собою і відштовхуватись вони будуть абсолютно ненормальним чином. Які структури можуть утворювати такі частинки, про це ви можете пофантазувати самостійно.

А поки що зупинимося ще на одній фізичній величині, яку так само називають масою. Дивно, чи не так? Дві фізичні величини, а називаються однаково? Чи буває таке? Виявляється, буває. Є маса, яка є мірою інертності, а є й інша маса, яка є мірою іншої невід'ємної властивості тіла – мірою гравітації. Гравітації я вже частково стосувався, коли говорив про чорні діри. Ось тепер зупинимося на ній детальніше.