Colaborarea ALPHA a realizat cel mai precis experiment pentru a măsura comportamentul antimateriei neutre într-un câmp gravitațional. În funcție de rezultate, acest lucru ar putea deschide ușa către tehnologii noi incredibile. Multe tehnologii science fiction vor rămâne pe tărâmul ficțiunii mult timp (sau pentru totdeauna), cu excepția cazului în care fizica se schimbă. Dar multe experimente pot verifica și asta?
Visul comunicării instantanee, navele spațiale interstelare și capacitatea de a călători în timp sunt clipe de hacking ale științei ficțiunii. În multe privințe, ele reprezintă cele mai mari speranțe ale omenirii și totuși se bazează pe tehnologie care depășește ceea ce se știe în prezent. Cu toate acestea, noi experimente sunt în permanență efectuate și dezvoltate. Dacă avem noroc, ce putem găsi dincolo de orizont? Ethan Siegel de la Medium.com răspunde la următoarea întrebare:
"Presupunând că avem noroc, ce fel de experimente științifice în următoarele câteva decenii ar putea deschide oportunități de ficțiune științifică pentru noi?"
Există câteva oportunități fantastice care ne-ar putea zgudui realitatea până la sfârșitul secolului XXI.
Orice rachete construite vreodată necesită combustibil. Dar dacă ar fi să creăm un motor cu materie întunecată, combustibilul nou ar putea fi găsit literalmente la fiecare pas din drum prin galaxie.
Materia întunecată poate fi o sursă nelimitată de combustibil pe care nu trebuie să o transportăm
Video promotional:
Unul dintre cele mai mari mistere din știință este, de fapt, natura materiei întunecate. Știm că există prin observație indirectă și știm că există multe. Dacă adăugați toată materia obișnuită într-o galaxie mare, se dovedește că este de cinci ori mai multă materie întunecată. Și este aproape sigur format din particule cu unele proprietăți comune:
- au masă
- nu au încărcături electrice sau colorate
- interacționează gravitațional
- la un anumit nivel, trebuie să se ciocnească între ei și / sau cu materie obișnuită
Din faimoasa formulă E = mc2 a lui Einstein, am aflat că materia întunecată conține o cantitate uriașă de energie: de cinci ori mai mult decât toată materia obișnuită combinată. Dacă universul ne este bun, am putea încerca să-l extragem.
Distribuția în masă a lui Abell 370, reconstruită folosind lentila gravitațională, arată doi halos de masă difuzi mari, corespunzători materiei întunecate a celor două grupuri de fuziune. Există de cinci ori mai multă materie întunecată în apropierea și în interiorul oricărei acumulări de materie obișnuită.
Multe experimente caută coliziuni ale materiei întunecate atât cu materia obișnuită, cât și cu ea însăși. În general, există două tipuri de particule: fermionii (cu rotire cu jumătate întreagă) și bosoni (cu rotire întreagă). Dacă materia întunecată este un boson, acest lucru înseamnă că este cel mai probabil antiparticulă proprie, ceea ce înseamnă că dacă luați două particule de materie întunecată și le forțați să interacționeze între ele, acestea se vor anihila reciproc. Și dacă sunt distruși, vor produce energie pură. Cu alte cuvinte, este o sursă gratuită, nelimitată de energie, disponibilă peste tot și în abundență. Și nici nu trebuie să o luați cu voi dacă decideți să traversați Universul. Prin urmare, atunci când auziți despre experimente pentru a căuta materie întunecată, energia nelimitată, liberă, este scopul nostru final dorit.
O ilustrare a unui câmp de urzeală Star Trek care micșorează spațiul din fața sa, lărgind spațiul din spatele său
Antimateria poate avea masă negativă, ceea ce înseamnă că ar putea fi cheia unei acțiuni de urzire
Dacă doriți să călătoriți la stele, sursele convenționale de energie și combustibil vă vor primi doar de la gard până la ora prânzului. Sau nu se vor mișca mai repede decât viteza luminii. Cea mai apropiată stea de tip solar, cu lumi potențial locuibile, Tau Ceti, se află la aproximativ 12 ani-lumină. Adică călătoria dus-întors va lua cel puțin jumătate din viață. Dar dacă am putea micșora spațiul din fața noastră în timp ce călătorim prin spațiul interstelar în timp ce îl extindem în spatele nostru, am putea ajunge acolo mult mai repede. Aceasta a fost ideea cu care astrofizicianul Miguel Alcubierra a apărut în 1994, care ulterior a oficializat-o conform canoanelor științei stricte.
Abia acum, pentru a rezolva Alcubierra, este nevoie de o masă negativă
Pentru a realiza configurația corectă a spațiului-timp necesar pentru accelerarea acțiunii de urzeală, trebuie îndeplinite două condiții: o cantitate colosală de energie și existența unei mase negative. Această masă negativă, care este încă cunoscută doar pe hârtie, este necesară pentru curbura corectă a spațiului-timp și, prin urmare, pentru mișcarea urzeală. Dar nu am măsurat niciodată masa particulelor de antimaterie; cad „în jos” sau „în sus” în câmpul gravitațional, acest lucru nu este încă cunoscut. Experimentul ALPHA al CERN măsoară în prezent efectele gravitaționale ale antimateriei și comportamentul acesteia într-un câmp gravitațional. Dacă răspunsul este să cadem „în sus” în câmpul gravitațional, pur și simplu vom obține masa noastră negativă și vom asambla acțiunea de urzeală.
Instrumentul Virtual IronBird vă permite să creați gravitație artificială, dar necesită multă energie și vă permite să oferiți doar o forță centripetă specifică. Adevărata gravitație artificială ar necesita masă negativă
Masa negativă ne-ar permite, de asemenea, să creăm gravitație artificială
Aceeași posibilitate - existența unei mase negative în Univers - ne-ar permite să creăm un câmp gravitațional artificial. Existența de sarcini pozitive și negative în electromagnetism ne permite să creăm conductori, să manipulăm câmpurile electrice și să protejăm aceste câmpuri electrice. Gravitatea, așa cum o înțelegem acum, are un singur tip de încărcare: masa pozitivă. Existența masei negative ne-ar permite să creăm un mediu adevărat cu gravitație zero și ne-ar oferi capacitatea de a crea un câmp gravitațional artificial de orice magnitudine între două sisteme de masă pozitivă și negativă.
Ideea călătoriei în timp apare în mod constant în science fiction. Dar dacă în univers există curbe de timp închise, acest lucru este nu numai posibil, dar inevitabil.
Un univers rotativ ne-ar putea permite să ne întoarcem în timp
În același timp, călătoria în timp nu este posibilă, ci și inevitabilă … în direcția înainte. Deoarece spațiul și timpul sunt unite de țesătura spațiului-timp, va fi nevoie de o scuturare semnificativă a fizicii pe care o știm pentru a face timpul să curgă în direcția opusă. În spațiu, întoarcerea la poziția inițială este destul de simplă: Pământul în sine face acest lucru atunci când se învârte în jurul Soarelui, dar în același timp trece o distanță semnificativă înainte în timp, adică trece timpul, aproximativ un an. O „curbă de spațiu închis” este ușor de realizat. Cu toate acestea, pentru a reveni la punctul de plecare în timp, va fi necesar ceva neobișnuit: o „curbă de timp închisă” este o caracteristică care nu este prezentă în Universul nostru în plină expansiune, plin de materie. Dacă universul nu se învârte.
În universul care se rotește, există o soluție exactă în care densitatea materiei și constanta cosmologică (aka energia întunecată) au anumite valori, iar universul trebuie să aibă curbe de timp închise. Până acum, am impus doar restricții asupra rotației generale, globale a Universului, dar nu am exclus-o complet. Dacă universul se rotește cu o anumită viteză, care este echilibrată de o densitate dată de materie și o constantă cosmologică, va fi absolut posibil să vă întoarceți în timp și să vă întoarceți la locul exact unde ați început, nu numai în spațiu, ci și în spațiu-timp. Sondaje la scară largă a structurilor din ceruri adânci, care ar furniza observații de la observatoarele WFIRST sau LSST, ar putea releva, dacă este cazul, o astfel de rotație.
Imagine conceptuală a satelitului WFIRST al NASA, care va intra în spațiu în 2024 și ne va oferi cele mai precise măsurători ale energiei întunecate și va face și alte descoperiri
Există întotdeauna mai multe posibilități exotice decât permite știința - teleportarea obiectelor fizice, mișcarea instantanee între locațiile deschise (găurile de vierme) sau comunicarea mai rapidă decât viteza luminii - dar acest lucru va necesita dansuri mult mai complexe cu tamburine decât un simplu experiment cu două rezultate posibile. Cu toate acestea, continuăm să căutăm. Știința nu este o poveste unidirecțională. Este o poveste de detectivi în desfășurare, în care fiecare descoperire, fiecare punct de date și fiecare experiment duce inevitabil la întrebări mai profunde în viitor. Este important să păstrați o minte deschisă pe parcurs.
Ilya Khel
