ALPHA-samarbejdet har gennemført det mest nøjagtige eksperiment nogensinde for at måle opførslen af neutral antimaterie på et tyngdefelt. Afhængigt af resultaterne kan dette åbne døren til utrolige nye teknologier. Mange science fiction-teknologier vil forblive i fiktionens område i lang tid (eller for evigt), medmindre fysik ændrer sig. Men mange eksperimenter kan også kontrollere dette?
Drømmen om øjeblikkelig kommunikation, interstellære rumskibe og evnen til at rejse i tid er hackneyede klichier af science fiction. På mange måder repræsenterer de menneskehedens største håb og stoler alligevel på teknologi, der går ud over, hvad der i øjeblikket er kendt. Imidlertid udføres og udvikles konstant nye eksperimenter. Hvis vi er heldige, hvad kan vi finde ud over horisonten? Ethan Siegel fra Medium.com besvarer følgende spørgsmål:
"Hvis vi antager, at vi er heldige, hvilken type videnskabseksperimenter i de næste par årtier kunne åbne op for science fiction muligheder for os?"
Der er nogle fantastiske muligheder, der kunne ryste vores virkelighed ud ved slutningen af det 21. århundrede.
Eventuelle raketter, der nogensinde er bygget, kræver brændstof. Men hvis vi skulle skabe en mørk materie, kunne der findes nyt brændstof bogstaveligt talt hvert trin på vejen gennem galaksen.
Mørkt stof kan være en ubegrænset kilde til brændstof, som vi ikke behøver at transportere rundt
Salgsfremmende video:
Et af de største videnskabelige mysterier er faktisk mørket stof. Vi ved, at det eksisterer gennem indirekte observationer, og vi ved, at der er meget af det. Hvis du tilføjer al den almindelige substans i en stor galakse, viser det sig, at der er fem gange mere mørkt stof. Og det består næsten helt sikkert af partikler med nogle fælles egenskaber:
- de har masse
- de har ingen elektrisk eller farvet ladning
- de interagerer tyngdekraft
- de skal på et bestemt niveau kollidere med hinanden og / eller med almindeligt stof
Fra Einsteins berømte formel E = mc2 lærte vi, at mørkt stof indeholder en enorm mængde energi: fem gange mere end alt almindeligt stof tilsammen. Hvis universet er godt for os, kan vi prøve at udtrække det.
Massefordelingen af Abell 370, rekonstrueret ved hjælp af gravitationslinsering, viser to store, diffuse masse-glorier svarende til det mørke stof i de to fusionerende klynger. Der er fem gange mere mørkt stof nær og inde i enhver ophobning af almindeligt stof.
Mange eksperimenter er på udkig efter kollisioner af mørk stof både med almindelig stof og med sig selv. Generelt er der to typer partikler: fermioner (med halv-heltal spin) og bosoner (med heltal spin). Hvis mørkt stof er en boson, betyder det, at det sandsynligvis er dens egen antipartikel, hvilket betyder, at hvis du tager to partikler mørkt stof og tvinger dem til at interagere med hinanden, vil de gensidigt udslette. Og hvis de ødelægges, producerer de ren energi. Med andre ord er det en gratis, ubegrænset energikilde, der er tilgængelig overalt og i overflod. Og du behøver ikke engang at tage det med dig, hvis du beslutter at krydse universet. Derfor, når du hører om eksperimenter til at søge efter mørkt stof, er ubegrænset, fri energi vores ultimative, ønskede mål.
En illustration af et Star Trek-varpefelt, der krymper pladsen foran det og forlænger pladsen bag det
Antimateriale kan have negativ masse, hvilket betyder, at det kan være nøglen til et varpdrev
Hvis du vil rejse til stjernerne, vil konventionelle energikilder og brændstof kun komme dig fra hegnet indtil frokosttid. Eller de bevæger sig ikke hurtigere end lysets hastighed. Den nærmeste solstjernetype med potentielt beboelige verdener, Tau Ceti, er omkring 12 lysår væk. Det vil sige, at turen alene tager mindst halvdelen af dit liv. Men hvis vi kunne krympe rummet foran os, når vi rejser gennem interstellar rum, mens vi udvider det bag os, kunne vi komme der langt hurtigere. Dette var den idé, som astrofysiker Miguel Alcubierra kom på i 1994, som senere formaliserede den i henhold til streng videnskabs kanoner.
Først nu, for at løse Alcubierra, er der behov for en negativ masse
For at opnå den korrekte konfiguration af plads-tid, der kræves for at fremskynde kædetrækket, skal to betingelser være opfyldt: en kolossal mængde energi og eksistensen af negativ masse. Denne negative masse, som stadig kun er kendt på papir, er nødvendig for den rigtige krumning af rum-tid og derfor til varpbevægelse. Men vi har aldrig målt massen af antimaterielle partikler; de falder "ned" eller "op" i tyngdefeltet, dette er stadig ukendt. CERNs ALPHA-eksperiment måler i øjeblikket gravitationseffekten af antimateriale og dens opførsel i et tyngdefelt. Hvis svaret er at falde "op" i tyngdefeltet, får vi simpelthen vores negative masse og samler warp-drevet.
Det virtuelle IronBird-værktøj giver dig mulighed for at skabe kunstig tyngdekraft, men kræver en masse energi og giver dig kun mulighed for at tilvejebringe en bestemt centripetalkraft. Ægte kunstig tyngdekraft kræver negativ masse
Negativ masse vil også give os mulighed for at skabe kunstig tyngdekraft
Den samme mulighed - eksistensen af negativ masse i universet - ville give os mulighed for at skabe et kunstigt tyngdefelt. Eksistensen af positive og negative ladninger i elektromagnetisme giver os mulighed for at skabe ledere, manipulere elektriske felter og afskærme disse elektriske felter. Tyngdekraften, som vi nu forstår, har kun en type ladning: positiv masse. Eksistensen af negativ masse ville give os mulighed for at skabe et ægte miljø med nul tyngdekraft og ville give os muligheden for at skabe et kunstigt tyngdefelt i enhver størrelse mellem to systemer med positiv og negativ masse.
Ideen om tidsrejser dukker konstant op i science fiction. Men hvis der er lukkede tidlige kurver i universet, er dette ikke kun muligt, men uundgåeligt.
Et roterende univers kunne give os mulighed for at gå tilbage i tiden
Samtidig er tidsrejser ikke kun mulig, men også uundgåelig … i retning fremad. Da plads og tid er forenet af rummet-tidens stof, vil det tage en betydelig omrystning af den fysik, vi kender, for at få tiden til at strømme i den modsatte retning. I rummet er det ganske enkelt at vende tilbage til sin oprindelige position: Jorden selv gør dette, når den drejer sig om Solen, men samtidig passerer den en betydelig afstand fremad i tiden, det vil sige tiden går, cirka et år. En "lukket rumlignende kurve" er let at lave. For at vende tilbage til udgangspunktet i tid, kræves der imidlertid noget usædvanligt: en "lukket tidlignende kurve" er en funktion, der ikke findes i vores ekspanderende, materiefyldte univers. Medmindre universet roterer.
I det univers, der roterer, er der en nøjagtig løsning, hvori materiens tæthed og den kosmologiske konstant (aka mørk energi) har visse værdier, og universet skal have lukkede tidslignende kurver. Indtil nu har vi kun indført restriktioner for den generelle, globale rotation af universet, men udelukkede det ikke helt. Hvis universet roterer med en bestemt hastighed, der er afbalanceret af en given materitetstæthed og en kosmologisk konstant, vil det være absolut muligt at gå tilbage i tiden og vende tilbage til det nøjagtige sted, hvorfra du startede, ikke kun i rummet, men også i rumtid. Store undersøgelser af dybe himmelstrukturer, som ville give observationer fra WFIRST- eller LSST-observatorier, kunne afsløre en sådan rotation, hvis nogen.
Konceptbillede af NASAs WFIRST-satellit, der vil gå ud i rummet i 2024 og vil give os de mest nøjagtige målinger af mørk energi og også gøre andre opdagelser
Der er altid mere eksotiske muligheder, end videnskaben tillader - teleportering af fysiske objekter, øjeblikkelig bevægelse mellem åbne placeringer (ormehuller) eller kommunikation hurtigere end lysets hastighed - men dette vil kræve meget mere komplekse danser med tamburiner end at udføre et simpelt eksperiment med to mulige resultater. Vi kigger dog fortsat. Videnskab er ikke en envejs historie. Det er en igangværende detektivhistorie, hvor enhver opdagelse, hvert datapunkt og hvert eksperiment uundgåeligt fører til dybere spørgsmål i fremtiden. Det er vigtigt at have et åbent sind undervejs.
Ilya Khel