Hvorvidt masse kan være negativ analogisk med en elektrisk ladning - forskere har forsøgt at finde ud af det i mere end hundrede år. For nylig lykkedes det os at få et underligt stof, der opfører sig som om dets masse var minus. Dette åbner et nyt forskningsområde.
Sådan stabiliseres et ormhul
Et ormhul lever ikke længe i rummet. Dens hals kollapser på grund af tyngdekraften uden endda at have tid til at passere en lysstråle. For at gøre det acceptabelt kræves et stof med en negativ masse, hvilket skaber en antigravitetseffekt - det såkaldte eksotiske stof. Gennem et lignende ormehul kan du komme til et andet univers. Denne idé blev brugt i science fiction-filmen "Interstellar" - efter forslag fra den amerikanske teoretiske fysiker, nobelprisvinderen Kip Thorne.
”Kip Thorne er en grundlæggende fysiker, så han glemmer teknologi. Hvor meget energi kræves der til dette? Hvordan sikres udnyttelsen af overskydende varme til et sådant kraftværk? I teoretisk fysik er meget tilladt, men enhver reel teknologi er underlagt restriktioner i form af termodynamikens principper, loven om bevarelse af energi, den specielle relativitetsteori. Det minder mig om fantasierne fra et århundrede siden, da man troede, at du kan forvandle ethvert stof til ren energi og flyve til stjernerne på dette. I teorien, ja, hvem som helst. Og praktisk talt - kun uran, plutonium og lithium deuteride, men der er også store problemer med dem,”- kommenterer RIA Novosti Anton Pervushin, science fiction-forfatter, specialist i astronautikkens historie.
Jagt med lysets hastighed
Hvis almindelige kroppe tiltrækker alt, så er organer med negativ masseafvisning. Kunne noget med en så mærkelig ejendom findes i naturen? I 1954 viste fysiker Herman Bondi fra Cambridge teoretisk, at der ikke er nogen love, der forbyder stoffer med negativ masse. En partikel af almindeligt stof, skriver fysiker Richard Hammond fra University of North Carolina, skal løbe væk fra en partikel med negativ masse, og den partikel jager den. Et sådant par vil begynde at accelerere og gradvist nærme sig lysets hastighed. Kan dette bruges til at oprette en motor til et interplanetært skib?”Ideen, desværre, er skør. Med acceleration vokser masse - i henhold til den specielle relativitetsteori. Når den nærmer sig lysets hastighed, tenderer massen desuden til uendelig. Som følge heraf vil den negative masse af den "frastødende" partikel stige,og ad infinitum? I virkeligheden vil disse partikler afvise hinanden og sprede sig, indtil de befinder sig uden for grænserne for deres tyngdefelt, og der fortsætter de enten deres frie flyvning eller interagerer med andre partikler,”siger Pervushin.
En partikel med negativ gravitationsmasse jager en almindelig partikel. Illustration af RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Salgsfremmende video:
Mod al intuition
I 2017 bragte en artikel af amerikanske fysikere fra Washington State University, som modtog et underligt stof i laboratoriet, som ikke accelererede i den retning, hvor det blev skubbet, som foreskrevet i Newtons anden lov, meget støj. Dette er kun muligt, hvis dens inertielle masse er negativ. Ved hjælp af en laser skabte fysikere en overflødig væske af rubidiumatomer, afkølet dem til en temperatur på næsten absolut nul, og der opstod en speciel stoftilstand - det såkaldte Bose-Einstein-kondensat, hvor atomerne bevæger sig meget langsomt. Med den samme laser blev en sky af Bose-Einstein-kondensat som sådan låst i et separat rumområde og tvunget til at ændre spin - der er et sådant kvanteegenskab ved partikler. Jo mere skubbet denne sky var, jo mere accelererede den i den modsatte retning af den påførte kraft. Som om en tennisspiller ramte bolden og den fløj mod ham,og ikke modstanderen.
For at slå bolden fra stoffet med negativ masse mod modstanderen, skal tennisspilleren skubbe den endnu hårdere mod sig selv. Illustration af RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Disse resultater blev forklaret af teoretikere fra Australien, Storbritannien og Rusland. I dette tilfælde taler vi dog om den effektive masse - en matematisk løsning, når vi beskriver Bose-Einstein-kondensatet, og ikke om materiens grundlæggende egenskab. En elektron i en krystal får en negativ effektiv masse på grund af interaktion mellem spin-orbit, siger Sergei Baranov, doktor i fysiske og matematiske videnskaber, førende forsker ved Laboratoriet for Stråling-Matter Interaktion hos FIAN.”Overvej en satellit i kredsløb. Hvis vi prøver at bremse den (anvende en kraft mod hastigheden), bevæger satellitten sig til en lavere bane, og dens hastighed falder ikke, men stiger. Og den kinetiske energi på trods af det negative arbejde, der også er gjort på det. Og hvis vi fremskynder satellitten og skubber den bagfra, vil hastigheden falde - ja, hvad er ikke negativ masse. Faktisk kompenseres den paradoksale forøgelse (eller tab) af kinetisk energi af tabet (eller gevinsten) af potentiel energi - da satellitten befinder sig i tyngdekraftsfeltet. Den negative effektive masse er resultatet af interaktion med miljøet (og det er umuligt uden det ydre miljø), det være sig et krystal- eller tyngdekraftfelt eller et andet ydre felt. Men i moderne fysik er der en stærkere erklæring: enhver masse er altid resultatet af interaktion med miljøet,”forklarer Sergei Baranov. Men i moderne fysik er der en stærkere erklæring: enhver masse er altid resultatet af interaktion med miljøet,”forklarer Sergei Baranov. Men i moderne fysik er der en stærkere erklæring: enhver masse er altid resultatet af interaktion med miljøet,”forklarer Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina