Materie exotică. A fost creată o substanță cu proprietăți negative de masă

După cum știți, dragonii nu există. Acest primitiv
o afirmație poate satisface doar mintea unui nebun, dar nu a unui om de știință; banalitatea existentei s-a stabilit cu prea mult timp in urma si nu mai merita un singur cuvant. Sclipitor Cerebron Emdehertius, atacarea problemei cu metode științe exacte, a stabilit că există trei tipuri de dragoni: zero, imaginar și negativ. Toate, după cum s-a spus, nu există, dar fiecare tip este în felul său special.
(Stanislav Lev „Cyberiada”)

Studiind natura, un om de știință, dacă este un adevărat om de știință, se va apropia cu siguranță de linia dincolo de care începe imposibilul. Și, dacă acesta este un adevărat om de știință, atunci, desigur, va încerca să analizeze acest imposibil. Dar, din moment ce este un adevărat om de știință, va fi forțat să admită că în acest lucru cel mai imposibil știința lui este neputincioasă.

Fizica oferă un set excelent de instrumente pentru studiul posibilului, dar pentru imposibil, toate aceste instrumente sunt nepotrivite. Pentru imposibil, este nevoie de altceva care să depășească fizica. Prin urmare, fizica nu studiază imposibilul. Fizica spune sincer: „acesta este dincolo de competența mea”. Și dacă cineva, dându-se drept om de știință, începe să explice imposibilul folosind fizica sau altcineva științele naturii, atunci putem spune cu siguranță că înaintea noastră nu este un om de știință, ci un șarlatan.

În primul rând, ce este masa? Cei care nu cunosc deloc fizica confundă masa cu greutatea, dar sper că aici nu există astfel de oameni. Deci, masa este o măsură a inerției (a nu se confunda cu inerția!). Fiecare corp fizic are o proprietate inerentă precum inerția. Inerția este proprietatea unui corp de a-și menține starea. Fie aceasta este o stare de odihnă, imobilitate, fie invers - o stare de mișcare. De exemplu, este ușor să mutați o minge, dar este greu să mutați un dulap. Este mai ușor să oprești o bicicletă decât un camion. Aceasta este inerția. Iar măsura cantitativă a inerției se numește masă. Greutatea corporală poate fi mai mare, poate fi mai mică, dar este întotdeauna Peste zero. În consecință, inerția corpului este întotdeauna pozitivă.

Ce înseamnă masa negativă dacă cineva este descoperit undeva? Aceasta înseamnă că corpul are o inerție negativă. Cum se exprimă inerția pozitivă? Împingem mingea, se rostogolește, interferăm cu mișcarea ei, se oprește. Acest lucru este firesc, aceasta este o inerție pozitivă. Deci, cum se va comporta un corp cu inerție negativă și masă negativă? Se va comporta exact invers: o împingem înainte, se mișcă înapoi, încercăm să o oprim, accelerează. Nu au fost descoperite astfel de corpuri, corpuri cu inerție negativă, și este foarte posibil ca astfel de corpuri să nu existe în Universul nostru. Dar în afara Universului...

O altă senzație „științifică” din străinătate m-a făcut să tremur - s-a dovedit a fi atât de stupid. Unii oameni de știință au spus că au reușit să obțină efectul de „masă negativă”, iar jurnaliștii online au răspândit această glumă din aprilie printre publicații. Să analizăm articolul lui Ilya Khel de la hi-news.ru despre acest eveniment.

Știrea spune că fizicienii de la Universitatea din Washington au creat un lichid cu masă negativă. Fizicienii consideră că acesta este un semn al unei astfel de mase: „Impingeți-l și, spre deosebire de toate obiectele fizice din lume pe care le cunoaștem, nu va accelera în direcția împingerii. Ea va accelera înăuntru reversul" Acest lucru a fost declarat de Michael Forbes, profesor asistent, fizician și astronom la Universitatea din Washington, iar studiul în sine a apărut în Physical Review Letters.

Se explică în continuare că, ipotetic, o substanță poate avea o masă negativă, presupus în același sens în care o sarcină electrică poate fi atât negativă, cât și pozitivă. Și fizicienii ilustrează acest lucru cu „A doua lege” a lui Isaac Newton - forța care acționează asupra unui corp este egală cu produsul dintre masa corpului și accelerația dată de această forță.

Mai departe, aparent, Ilya Hel însuși explică această „lege”: „Dacă împingi un obiect, acesta va accelera în direcția împingerii tale. Masa o va accelera în direcția forței.” Și Forbes afirmă că „aceasta este starea de lucruri cu care suntem obișnuiți”, adăugând: „Cu masă negativă, dacă împingi ceva, se va accelera spre tine”.

Deci, fizicienii respectați din SUA au puține cunoștințe de fizică. Să ne uităm la declarațiile lor. În primul rând, nu există o singură lucrare în lume în care să fie revelată esența fizică a masei. În al doilea rând, nu există o singură definiție a acestei mărimi fizice în lume. Adică nimeni în lume în acest moment nu știe ce este masa. Găsirea unei definiții și identificarea esenței masei este una dintre cele mai stringente probleme ale fizicii moderne.

Cum ies fizicienii din aceasta situatie? Ei derivă masa din „A doua lege” a lui Newton, aceeași care este menționată în articol. Cu toate acestea, se pare că acești fizicieni nu au citit lucrarea lui Newton. Și a introdus O AȘA masă ca coeficient de proporționalitate și nu ca mărime fizică. Adică, nu pot fi efectuate operații cu masa luată din „A doua lege” a lui Newton.

Astăzi, masa se referă la inerție - și tocmai aceasta împiedică accelerația, adică, potrivit autorilor articolului, se comportă ca o masă negativă. Și această eroare este o consecință a unei neînțelegeri a fizicienilor din SUA entitate fizică mase.

Acum despre „A doua lege” a lui Newton în sine. Aceasta nu este o lege. Aceasta este o expresie comună pentru o nouă mărime fizică, care în această expresie este notă cu litera „F” și numită cuvântul „Forță”. Multe mărimi fizice sunt scrise în acest fel, de exemplu, l = vt (calea este egală cu produsul dintre viteză și timp), sau S = ab (aria este egală cu produsul dintre lungime și lățime), etc.

De fapt, acest lucru nu este adevărat. Chiar dacă aderăm la „legile” lui Newton, este clar din ele că masa generează forța centrală a gravitației, adică masa are proprietăți central rapide, unde există doar 0 și infinit. Fără argumente pro sau contra. Prin urmare, fizica a ajuns de mult la concluzia: masa poate fi fie zero, fie poate avea o valoare pozitivă.

Acum voi explica ce este masa. Se lucrează la O teorie unificată domenii, am reușit să fac ceva progrese în această direcție. Masa este complicată cantitate fizica, care include: 1) numărul de particule din „corp”, 2) mișcarea acestora, 3) geometria traiectoriei de mișcare, 4) probabilitatea de a găsi particule într-un loc sau altul al acestei traiectorii. Și cel mai important, un corp are un număr infinit de mase. Această proprietate a fost descoperită în secolul al XIX-lea de celebrul fizician Mach, dar atunci nu a putut explica.

Prin urmare, atunci când se acționează asupra unei mase cu o forță, nu se poate judeca semnul acestei mase după direcția mișcării sale. Să vă dau un exemplu. Dacă luați un corp care se rotește - un vârf - și îi aplicați o forță, corpul se va mișca într-o direcție perpendiculară pe forța aplicată. Și această proprietate a giroscopului este predată în fizică la școală. Atât pentru masa negativă! Fizicienii din SUA pur și simplu nu au mers în clasa a VIII-a.

Mai mult, ei înșiși își descriu experimentul, pe care l-au efectuat cu un corp rotativ. Iată cum este descrisă munca „geniilor”: „Împreună cu colegii săi, el a creat condițiile pentru o masă negativă, răcind atomii de rubidiu la o stare aproape zero absolută și creând astfel un condensat Bose-Einstein. În această stare, prezisă de Shatyendranath Bose și Albert Einstein, particulele se mișcă foarte lent și, urmând principiile mecanicii cuantice, se comportă ca undele. De asemenea, se sincronizează și se mișcă la unison ca un fluid superfluid care curge fără pierderi de energie.”

Nu acordați atenție cuvintelor înfricoșătoare precum „condensare”. Privește la obiect. Aici, din nou, există o greșeală fatală. Autorul corelează temperatura scazuta cu viteza de mișcare a particulelor, ei spun că se mișcă încet.

Dar temperatura nu este viteza de mișcare a particulelor într-un flux, ci viteza de mișcare a unei piese într-o direcție perpendiculară pe aceasta! De exemplu, dacă un lichid curge paralel cu un perete, atunci nu exercită nicio presiune asupra acestuia. Presiunea este rezultatul unui impact perpendicular asupra peretelui vasului. Acest lucru ne-a fost transmis perfect de către profesorii de la institutul de la secția „Motoare cu rachete”. În ele, viteza de curgere este principalul indicator cu care lucrează.

Prin urmare, fluxul la temperatură scăzută este laminar, iar fluxul la temperatură ridicată este turbulent. Și aici nu este nimic legat de condens.

A continuat: „Sub conducerea lui Peter Engels, profesor de fizică și astronomie la Universitatea din Washington, oamenii de știință de la etajul șase al Webster Hall au creat aceste condiții folosind lasere pentru a încetini particulele, făcându-le mai reci și permițând fierbinte, înaltă particulele de energie să scape ca aburul, răcind și mai mult materialul”.

Ceea ce este descris aici este că particulele cu un gradient transversal excesiv sunt eliminate de lasere.

Mai departe: „Laserele au capturat atomi ca și cum s-ar afla într-un bol de dimensiune mai mică de o sută de microni. În această etapă, rubidiul superfluid avea o masă normală. Ruptura cupei a permis rubidiului să scape, extinzându-se pe măsură ce rubidiul din centru a fost împins în afară.”

Tradus în limbaj comun, aceasta înseamnă că atomii de rubidiu au fost plasați într-o structură de interferență creată de lasere. Această structură are o geometrie complexă a vitezei în sine. Nu putem vorbi despre nicio direcție aici.

Continuare: „Pentru a crea o masă negativă, oamenii de știință au folosit un al doilea set de lasere care au împins atomii înainte și înapoi, schimbându-le spinul. Acum, când rubidiul se epuizează suficient de repede, se comportă ca și cum ar avea masă negativă. „Apăsați-l și va accelera în direcția opusă”, spune Forbes. „Este ca și cum rubidiul lovește un perete invizibil.”

Aici intră în scenă o altă cantitate fizică - spin. În timp ce lucram la cartea „Vacuum: Concept, Structure, Properties”, a trebuit să consulte departamentul de fizică al unuia dintre cele mai importante institute de fizică din țară despre spin. Șeful secției mi-a spus așa ceva: „Fac spin de mai bine de douăzeci de ani, mi-am scris tezele de candidat și de doctorat despre asta, nu există specialiști mai buni decât mine, dar nu îmi pot explica ce spin. este."

Și are dreptate. Nu există un concept clar despre ce este spin. Prin urmare, este imposibil să schimbi în mod intenționat ceva a cărui natură nu o înțelegi. Exemplu: nimeni nu știe limba marțienilor, așa că nimeni nu poate schimba unele dintre cuvintele acestei limbi.

În interpretarea mea, spin-ul este un indicator al revenirii sistemului la starea inițială: după câte mișcări fracționale sistemul va intra într-o stare care nu se poate distinge de cea anterioară. De exemplu, într-o mișcare circulară obișnuită, 1 cerc este o rotire egală cu 1. Într-o bandă Mobius, rotirea este 2 - trebuie să vă deplasați secvențial pe ambele părți ale benzii. Sinusul și cosinusul au spin egal cu ½.

Există multe opțiuni diferite, dar este imposibil să schimbi rotiri împingând înainte și înapoi. Spinul se modifică doar prin modificarea geometriei spațiului prin care are loc mișcarea (banda Möbius), sau prin utilizarea unui alt algoritm pentru a descrie mișcarea (sinus, cosinus).

Încă o dată, fizicienii din SUA au fost proști. Motivul este că au început să rezolve probleme fără a înțelege esența punctelor de plecare. Iar jurnaliștii răspândesc această „senzație” ca ergotul.

Este recomandabil să vizionați cu o rezoluție de 1280 X 800

„Tehnologie pentru tineret”, 1990, nr. 10, p. 16-18.

Tribună de ipoteze îndrăznețe

Ponkrat BORISOV, inginer
Masa negativă: o călătorie liberă către infinit

În fizica teoretică, masa negativă este conceptul unei substanțe ipotetice a cărei masă are valoarea opusă masei unei substanțe normale (la fel cum o sarcină electrică poate fi pozitivă și negativă). De exemplu, -2 kg. O astfel de substanță, dacă ar exista, ar încălca una sau mai multe condiții energetice și ar prezenta unele proprietăți ciudate. Potrivit unor teorii speculative, materia cu masă negativă poate fi folosită pentru a crea găuri de vierme în spațiu-timp.

Sună a fantezie absolută, dar...

Pentru prima dată în istoria științei, fizicienii de la Universitatea din Washington au recreat condițiile în care materia, un anumit tip de lichid, prezintă proprietățile „masei negative”. Comportamentul acestui fluid corespunde pe deplin conceptului de masă negativă; atunci când i se aplică un vector forță care acționează într-o anumită direcție, acest fluid începe să se miște cu accelerație în direcția opusă. Acest efect este greu de realizat chiar și în condiții de laborator, „dar poate fi folosit pentru a studia și explica unele fenomene astrofizice inexplicabile anterior”, explică Michael Forbes, profesor de fizică și astronomie la Universitatea din Washington.

Din punct de vedere ipotetic, materia poate avea masă negativă în același mod în care sarcinile electrice au polaritate pozitivă sau negativă. Oamenii se gândesc foarte rar la acest aspect, pentru că în lumea din jurul nostru apare doar latura „pozitivă” a maselor. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, dacă aplicați o forță constantă unui obiect, acesta va începe să se miște cu o accelerație constantă în direcția forței.

„Pe baza celei de-a doua legi a lui Newton, aproape tot ceea ce vedem în jurul nostru funcționează”, spune Michael Forbes, „Cu toate acestea, materia cu masă negativă reacționează la o forță aplicată exact în sens invers; începe să se miște în direcția forței. aplicat acestuia.”

Figura 1. Expansiunea anizotropă a unui condensat Bose-Einstein cu coeficienți de forță de coeziune diferiți. Rezultatele experimentale reale sunt afișate în roșu, rezultatele previziunilor de simulare sunt afișate cu negru.

Diagrama de jos este o porțiune mărită a cadrului din mijloc din rândul de jos al figurii 1. Diagrama de jos arată o simulare unidimensională a densității totale în funcție de timp în regiunea în care a apărut pentru prima dată instabilitatea dinamică.

Lichidul de masă negativă a fost așa-numitul condensat Bose-Einstein, un nor de atomi de rubidiu răcit la aproape zero absolut. În astfel de condiții, mișcarea termică a particulelor se oprește practic și, datorită punerii în prim plan a legilor mecanicii cuantice, acest nor de atomi capătă o funcție de undă și se comportă ca un atom solid mare. În plus, condensatul Bose-Einstein, datorită mișcării sincrone a atomilor, are proprietățile unui superfluid, un lichid superfluid al cărui coeficient de vâscozitate este zero.

Folosind lumina laser cu anumiți parametri, oamenii de știință au încetinit atomii de rubidiu aproape până la o oprire completă, iar acei atomi „fierbinți” care nu au putut fi încetiniți au fost expulzați din spațiul capcanei folosind aceeași lumină laser. Capcana în care a fost „condus” condensatul Bose-Einstein avea o formă sferică și o dimensiune de numai 100 de microni. În acest moment, condensatul avea încă masa „pozitivă” obișnuită, dar o încălcare deliberată a integrității capcanei a condus la o încălcare a formei sferice ideale a condensului și atomii de rubidiu ieșiți din capcană.

Și în acel moment a început toată distracția. Oamenii de știință au folosit un set de lasere suplimentare care au schimbat direcția de rotație a atomilor de rubidiu. Și după un astfel de „tratament” superfluidul de condensat a dobândit proprietățile unei mase negative. „De îndată ce atomii ating limita tranziției de masă de la pozitiv la negativ, ei accelerează brusc în direcția opusă”, spune Michael Forbes, „Este ca și cum atomii de rubidiu sunt reflectați de un perete invizibil”.

Tehnica descrisă mai sus pentru obținerea materiei cu o masă „negativă” a permis oamenilor de știință să evite unele dintre problemele și necazurile pe care oamenii de știință le-au întâlnit în timpul încercărilor similare anterioare. „Datorită controlului complet și precis al tuturor parametrilor experimentali, am reușit să recreăm condițiile în care apare o limită clară a „schimbarii de polaritate” a unei mase de materie în zona experimentală”, spune Michael Forbes. „Ceva similar. se poate întâmpla în adâncurile obiectelor astronomice exotice, cum ar fi stelele neutronice, găurile negre și grupurile dense. materie întunecată. Acum suntem capabili să experimentăm și să simulăm în laborator fenomene fundamentale care apar doar în medii foarte specifice. mediu inconjurator obiectele spațiale de mai sus”

Pentru a fi la curent cu noile postări de pe acest blog există un canal Telegram. Aboneaza-te, vor fi informatii interesante care nu sunt pe blog!

Dar ei deja ne promit că în curând lichidul care curge gravitația va curge singur în robinete, iar acum experimentăm a șasea extincție. Nu cu mult timp în urmă, un creier artificial a fost crescut și organele au fost înghețate și dezghețate cu succes pentru prima dată.

Salvat

), chiar dacă aceste materiale sunt create și relativ bine studiate.

Acesta poate fi numit și un material creat din anumite tipuri de atomi exotici, în care rolul unui nucleu (o particulă încărcată pozitiv) este jucat de un pozitron (pozitroniu) sau un muon pozitiv (muonium). Există și atomi cu un muon negativ în loc de unul dintre electroni (atomul muonic).

Masa negativa

Se poate observa că un obiect cu masă inerțială negativă va accelera în sens opus celui în care a fost împins, ceea ce poate părea ciudat.

Dacă studiem separat masa inerțială, masa gravitațională pasivă și masa gravitațională activă, atunci legea gravitației universale a lui Newton va lua următoarea formă:

Astfel, obiectele cu masă gravitațională negativă (atât pasive, cât și active), dar cu masă inerțială pozitivă, vor fi respinse de mase active pozitive și atrase de mase active negative.

Analiză în avans

Deși particulele cu masă negativă sunt necunoscute, fizicienii (inițial G. Bondi și Robert L. Forward (Engleză) Rusă ) au putut descrie unele dintre proprietățile așteptate pe care le-ar putea avea astfel de particule. Presupunând că toate cele trei tipuri de mase sunt egale, este posibil să se construiască un sistem în care mase negative sunt atrase de mase pozitive, în timp ce, în același timp, masele pozitive sunt respinse de mase negative. În același timp, masele negative vor crea o forță de atracție unele față de altele, dar vor fi respinse datorită maselor lor inerțiale negative.

La valoare negativăȘi valoare pozitivă, forța va fi negativă (repulsivă). La prima vedere, se pare că masa negativă s-ar accelera departe de masa pozitivă, dar întrucât un astfel de obiect ar avea și masă inerțială negativă, ar accelera în direcția opusă. Mai mult, Bondi a arătat că dacă ambele mase sunt egale în valoare absolută, dar diferă în semn, atunci sistem general pozitivă şi particule negative va accelera la infinit fără nicio influență suplimentară asupra sistemului din exterior.

Acest comportament este ciudat prin faptul că este complet incompatibil cu înțelegerea noastră a „universului obișnuit” din lucrul cu mase pozitive. Dar este complet consistent din punct de vedere matematic și nu introduce nicio contradicție.

Poate părea că o astfel de reprezentare încalcă legea conservării impulsului și/sau energiei, dar masele noastre sunt egale în valoare absolută, una este pozitivă, iar cealaltă este negativă, ceea ce înseamnă că impulsul sistemului este zero dacă ambele. mișcă împreună și accelerează împreună, indiferent de viteză:

Și aceeași ecuație poate fi calculată pentru energia cinetică:

Forward a extins cercetarea lui Bondi la cazuri suplimentare și a arătat că, chiar dacă două mase nu sunt egale în valoare absolută, ecuațiile rămân în continuare consistente.

Unele dintre proprietățile introduse de aceste ipoteze par neobișnuite, de exemplu, într-un amestec de gaz de materie pozitivă și un gaz de materie negativă, partea pozitivă își va crește temperatura la nesfârșit. Cu toate acestea, în acest caz, partea negativă a amestecului se va răci în aceeași viteză, egalând astfel echilibrul. Jeffrey A. Landis (Engleză) Rusă a notat alte aplicații ale analizei lui Forward, inclusiv indicația că, deși particulele cu masă negativă se vor respinge gravitațional, forțele electrice, cum ar fi sarcinile, se vor atrage reciproc (spre deosebire de particulele cu masă pozitivă, unde astfel de particule se resping). Ca rezultat, pentru particulele cu masă negativă, aceasta înseamnă că forțele gravitaționale și electrostatice vor schimba locul.

Forward a propus un design pentru motor nave spațiale folosind masa negativă, care nu necesită un aflux de energie și fluid de lucru pentru a obține o accelerație arbitrar de mare, deși, desigur, principalul obstacol este că masa negativă rămâne complet ipotetică. Vezi unitatea diametrală.

Forward a inventat, de asemenea, termenul de „anulare” pentru a descrie ceea ce se întâmplă atunci când materia normală și cea negativă se întâlnesc. Este de așteptat ca ei să se poată distruge sau „anuliza” reciproc existența celuilalt, iar după aceea nu va mai rămâne energie. Cu toate acestea, este ușor să arătăm că poate rămâne un anumit impuls (nu va rămâne dacă se mișcă în aceeași direcție, așa cum este descris mai sus, dar trebuie să se îndrepte unul spre celălalt pentru a se întâlni și a se anula). Acest lucru ar putea, la rândul său, să explice de ce cantități egale de materie normală și negativă nu apar brusc de nicăieri (opusul anulării): impulsul nu ar fi conservat între fiecare în acest eveniment.

Materia exotică în relativitatea generală

În ce direcție cade antimateria?

Articolul principal: Interacțiunea gravitațională a antimateriei

Majoritatea fizicienilor moderni cred că antimateria are o masă gravitațională pozitivă și ar trebui să cadă, ca și materia obișnuită. Cu toate acestea, unii cercetători cred că până în prezent nu există dovezi experimentale convingătoare ale acestui fapt. Acest lucru se datorează dificultății de a studia direct forțele gravitaționale la nivel de particule. La distanțe atât de mici, forțele electrice au prioritate față de forța gravitațională mult mai slabă. Mai mult, antiparticulele trebuie păstrate separate de omologii lor obișnuiți, altfel se vor anihila rapid. Evident, aceasta face măsurarea directă a pasivului masa gravitațională antimaterie. Experimentele cu antimaterie ATHENA ATENA ) și ATRAP (ing. O CAPCANA ) poate oferi răspunsuri în curând.

Cu toate acestea, răspunsurile pentru masa inerțială sunt cunoscute de mult din experimentele cu camera cu bule. Ele arată în mod convingător că antiparticulele au o masă inerțială pozitivă, egală cu masa particulelor „obișnuite”, dar sarcina electrică opusă. În aceste experimente, camera este expusă constant camp magnetic, ceea ce face ca particulele să se miște de-a lungul unei linii elicoidale. Raza și direcția acestei mișcări corespund raportului dintre sarcina electrică și masa inertă. Perechile particule-antiparticule se deplasează de-a lungul liniilor elicoidale în direcții opuse, dar cu aceleași raze. Din această observație se concluzionează că raporturile lor între sarcina electrică și masa inertă diferă doar în semn.

Note