Dacă masa poate fi negativă prin analogie cu o sarcină electrică - oamenii de știință încearcă să afle de mai bine de o sută de ani. Recent am reușit să obținem o substanță ciudată care se comportă ca și cum masa ei ar fi minus. Aceasta deschide o nouă zonă de cercetare.
Cum se stabilizează o gaură de vierme
O gaură de vierme nu trăiește mult timp în spațiu-timp. Gâtul său se prăbușește din cauza gravitației, fără a avea nici măcar timp să treacă o rază de lumină. Pentru a o face pasabilă, este necesară o substanță cu masă negativă, ceea ce creează un efect antigravitate - așa-numita materie exotică. Printr-un gă de vierme similar, puteți ajunge într-un alt univers. Această idee a fost folosită în filmul de science-fiction „Interstellar” - la sugestia fizicianului teoretic american, laureatul Nobel Kip Thorne.
„Kip Thorne este un fizician fundamental, așa că uită de tehnologie. Câtă energie este necesară pentru asta? Cum să se asigure utilizarea excesului de căldură pentru o astfel de centrală? În fizica teoretică, este permisă o mulțime, dar orice tehnologie reală este supusă unor restricții sub forma principiilor termodinamicii, legea conservării energiei, teoria specială a relativității. Îmi amintește de fanteziile de acum un secol, când se credea că poți transforma orice substanță în energie pură și să zbori spre stele. În teorie, da, oricine. Și practic - doar uraniu, plutoniu și deuterid de litiu, dar există și mari probleme cu acestea , - comentează RIA Novosti Anton Pervushin, scriitor de ficțiune științifică, specialist în istoria astronauticii.
Vanatoare la viteza luminii
Dacă corpurile obișnuite atrag totul, atunci corpurile cu repulsie negativă în masă. S-ar putea să existe materie cu o proprietate atât de ciudată în natură? În 1954, fizicianul Herman Bondi din Cambridge a arătat teoretic că nu există legi care să interzică substanțele cu masă negativă. O particulă de materie obișnuită, scrie fizicianul Richard Hammond, de la Universitatea din Carolina de Nord, trebuie să fugă de o particulă cu masă negativă, iar această particulă o urmărește. O astfel de pereche va începe să se accelereze, apropiindu-se treptat de viteza luminii. Poate fi folosit pentru a crea un motor pentru o navă interplanetară? „Din păcate, ideea este nebună. Odată cu accelerarea, masa crește - conform teoriei speciale a relativității. Mai mult, pe măsură ce se apropie de viteza luminii, masa tinde până la infinit. Datorită căreia va crește masa negativă a particulei „repulsive”,și ad infinitum? În realitate, aceste particule se vor respinge reciproc și se vor împrăștia până se vor găsi în afara limitelor câmpurilor lor gravitaționale și acolo își continuă zborul liber sau interacționează cu alte particule”, spune Pervushin.
O particulă cu masă gravitațională negativă urmărește o particulă obișnuită. Ilustrație de RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Video promotional:
Împotriva tuturor intuiției
În 2017, un articol al fizicienilor americani de la Washington State University care a primit o substanță ciudată în laborator, care nu a accelerat în direcția în care a fost împins, așa cum este prescris de a doua lege a lui Newton. Acest lucru este posibil numai dacă masa sa inerțială este negativă. Cu ajutorul unui laser, fizicienii au creat un superfluid de atomi de rubidiu, i-au răcit la o temperatură aproape zero absolută și a apărut o stare specială de materie - așa-numitul condensat Bose-Einstein, în care atomii se mișcă foarte încet. Cu același laser, un nor de condens Bose-Einstein a fost, ca atare, blocat într-o zonă separată a spațiului și forțat să schimbe spinul - există o astfel de caracteristică cuantică a particulelor. Cu cât a fost mai împins acest nor, cu atât a accelerat în direcția opusă forței aplicate. Ca și cum un jucător de tenis ar lovi mingea și a zburat spre el,și nu adversarului.
Pentru a lovi mingea din substanță cu masă negativă către adversar, jucătorul de tenis trebuie să o împingă și mai tare spre sine. Ilustrație de RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Aceste rezultate au fost explicate de teoreticieni din Australia, Marea Britanie și Rusia. Cu toate acestea, în acest caz vorbim despre masa eficientă - o soluție matematică atunci când descrie condensul Bose-Einstein și nu despre proprietatea fundamentală a materiei. Un electron într-un cristal dobândește o masă eficientă negativă datorită interacțiunii spin-orbite, spune Serghei Baranov, doctor în fizică și matematică, cercetător principal la Laboratorul de interacțiune radiație-materie din FIAN, RIA Novosti. „Luați în considerare un satelit pe orbită. Dacă încercăm să-l încetinim (aplicăm o forță împotriva vitezei), satelitul se va muta pe o orbită mai mică și viteza acestuia nu va scădea, ci va crește. Și energia cinetică, în ciuda muncii negative realizate asupra acesteia, de asemenea. Și dacă accelerăm satelitul, împingându-l din spate, viteza va scădea - bine, ceea ce nu este masa negativă. De fapt, câștigul (sau pierderea) paradoxală a energiei cinetice este compensat de pierderea (sau câștigul) de energie potențială - deoarece satelitul se află în câmpul gravitațional. Masa efectivă negativă este rezultatul interacțiunii cu mediul (și este imposibil fără mediul extern), fie că este vorba despre un cristal sau un câmp gravitațional sau un alt câmp extern. Dar în fizica modernă există o afirmație mai puternică: orice masă este întotdeauna rezultatul interacțiunii cu mediul”, explică Serghei Baranov. Dar în fizica modernă există o afirmație mai puternică: orice masă este întotdeauna rezultatul interacțiunii cu mediul”, explică Serghei Baranov. Dar în fizica modernă există o afirmație mai puternică: orice masă este întotdeauna rezultatul interacțiunii cu mediul”, explică Serghei Baranov.
Tatiana Pichugina
