Viens no pārsteidzošākajiem faktiem zinātnē ir tas, cik universāli ir dabas likumi. Katra daļiņa pakļaujas vienādiem noteikumiem, piedzīvo vienus un tos pašus spēkus, pastāv vienādās pamatkonstantās neatkarīgi no tā, kur un kad tā atrodas. No gravitācijas viedokļa katra atsevišķa Visuma daļiņa piedzīvo to pašu gravitācijas paātrinājumu vai to pašu telpas-laika izliekumu neatkarīgi no tā, kādas īpašības tam piemīt.
Jebkurā gadījumā tas izriet no teorijas. Praksē dažas lietas var būt ļoti grūti izmērīt. Fotoni un parastās stabilās daļiņas vienādi, kā paredzēts, nokrīt gravitācijas laukā, un Zeme piespiež jebkuras masīvas daļiņas paātrināties tās centra virzienā ar ātrumu 9,8 m / s2. Bet neatkarīgi no tā, kā mēs centāmies, mēs nekad neesam spējuši izmērīt antimatērijas gravitācijas paātrinājumu. Tam vajadzētu paātrināties tādā pašā veidā, bet līdz brīdim, kad to izmērīsim, mēs nevaram būt pārliecināti. Viens no eksperimentiem ir paredzēts, lai vienreiz un uz visiem laikiem atrastu atbildi uz šo jautājumu. Atkarībā no tā, ko viņš atrod, mēs varam būt vienu soli tuvāk zinātniskajai un tehnoloģiskajai revolūcijai.
Vai pastāv antigravitācija?
Jūs to varbūt nezināt, bet ir divi pilnīgi atšķirīgi veidi, kā pārstāvēt masu. No vienas puses, ir masa, kas paātrinās, kad tai pieliek spēku: tas ir m Ņūtona slavenajā vienādojumā, kur F = ma. Tas pats ir ar Einšteina vienādojumu E = mc2, no kura jūs varat aprēķināt, cik daudz enerģijas jums ir nepieciešams, lai izveidotu daļiņu (vai antidaļiņu) un cik daudz enerģijas jūs saņemat, kad tā iznīcina.
Bet ir arī cita masa: gravitācijas. Tā ir masa, m, kas parādās svara vienādojumā uz Zemes virsmas (W = mg) vai Ņūtona gravitācijas likumā, F = GmM / r2. Parastās lietas gadījumā mēs zinām, ka šīm divām masām - inerciālajām un gravitācijas masām - vajadzētu būt vienādām ar tuvāko 1 daļu no 100 miljardiem, pateicoties eksperimentālajiem ierobežojumiem, kurus pirms vairāk nekā 100 gadiem noteica Laurent Eotvos.
Bet antimatērijas gadījumā mēs to visu nekad nevarējām izmērīt. Antimatērijai mēs pielietojām ne gravitācijas spēkus un redzējām, kā tā paātrinās; mēs izveidojām un iznīcinājām antimatēriju; mēs precīzi zinām, kā tā inerciālā masa uzvedas - tāpat kā parastās vielas inerciālā masa. F = ma un E = mc2 darbojas antimateriāla gadījumā tāpat kā parastā viela.
Bet, ja mēs vēlamies uzzināt antimateriāla gravitācijas izturēšanos, mēs nevaram vienkārši balstīties uz teoriju; mums tas jāmēra. Par laimi notiek eksperiments, lai precīzi uzzinātu: ALPHA eksperiments CERN.
Reklāmas video:
Viens no nesenajiem atklājumiem ir ne tikai antimateriāla daļiņu, bet arī neitrālu, stabili saistītu stāvokļu radīšana tajos. Antiprotonus un pozitronus (antielektronus) var izveidot, palēnināt un piespiest mijiedarboties viens ar otru, veidojot neitrālu antiūdeņradi. Izmantojot elektrisko un magnētisko lauku kombināciju, mēs varam ierobežot šos antiatomus un noturēt tos stabilā attālumā no matērijas, kas sadursmes gadījumā novestu pie iznīcināšanas.
Mēs esam spējuši tos veiksmīgi noturēt 20 minūtes vienā reizē, tālu pārsniedzot mikrosekundēs noteikto laika periodu, kāds parasti rodas nestabilajām pamata daļiņām. Mēs uz tiem izlādējām fotonus un secinājām, ka tiem ir tādi paši emisijas un absorbcijas spektri kā atomiem. Mēs esam noteikuši, ka antimateriāla īpašības ir tādas pašas, kā to paredz standarta fizika.
Protams, izņemot gravitācijas. Jaunajam ALPHA-g detektoram, kas būvēts Kanādas rūpnīcā TRIUMF un nosūtīts uz CERN šī gada sākumā, vajadzētu uzlabot antimatērijas gravitācijas paātrinājuma robežas līdz kritiskam slieksnim. Vai antimateriāls paātrinās gravitācijas lauka klātbūtnē uz Zemes virsmas līdz 9,8 m / s2 (uz leju), -9,8 m / s2 (uz augšu), 0 m / s2 (ja nav gravitācijas paātrinājuma) vai līdz kādai citai vērtībai ?
Gan no teorētiskā, gan praktiskā viedokļa jebkurš rezultāts, kas nav paredzēts +9,8 m / s2, būs absolūti revolucionārs.
Antimateriāla analogam katrai vielas daļiņai jābūt:
- tā pati masa
- tāds pats paātrinājums gravitācijas laukā
- pretējs elektrības lādiņš
- pretējs spins
- tādas pašas magnētiskās īpašības
- tādā pašā veidā vajadzētu saistīties atomos, molekulās un lielākās struktūrās
- vajadzētu būt vienādam pozitronu pāreju spektram dažādās konfigurācijās.
Dažas no šīm īpašībām laika gaitā ir izmērītas: antimateriāla inerces masa, elektriskais lādiņš, griešanās un magnētiskās īpašības ir labi zināmas un pētītas. Saistošās un īslaicīgās īpašības tika izmērītas ar citiem detektoriem ALPHA eksperimentā, un tās atbilst daļiņu fizikas prognozēm.
Bet, ja gravitācijas paātrinājums izrādās negatīvs, nevis pozitīvs, tas burtiski apvērsīs pasauli otrādi.
Pašlaik nav tādas lietas kā gravitācijas vadītājs. Elektriskajam vadītājam bezmaksas lādiņi dzīvo virspusē un var pārvietoties, pārdaloties paši, reaģējot uz visiem tuvumā esošajiem lādiņiem. Ja jums ir elektrības lādiņš ārpus elektriskā vadītāja, vadītāja iekšpuse ir pasargāta no šī elektrības avota.
Bet nav iespējas pasargāt sevi no gravitācijas spēka. Nav iespējams noskaņot vienmērīgu gravitācijas lauku noteiktā telpas apgabalā, piemēram, starp elektriskā kondensatora paralēlām plāksnēm. Cēlonis? Atšķirībā no elektriskā spēka, kuru rada pozitīvi un negatīvi lādiņi, pastāv tikai viens gravitācijas "lādiņa" veids - masa / enerģija. Gravitācijas spēks vienmēr piesaista, un nav iespējas to mainīt.
Bet, ja jums ir negatīva gravitācijas masa, viss mainās. Ja antimateriāls faktiski izrāda antigravitācijas īpašības, nokrīt uz augšu un nevis uz leju, tad, ņemot vērā smaguma pakāpi, tas sastāv no pretmasas vai anti-enerģijas. Saskaņā ar mums zināmajiem fizikas likumiem nav ne masu, ne enerģijas. Mēs varam viņus iedomāties un iedomāties, kā viņi izturētos, bet mēs sagaidām, ka antimatērijai ir normāla masa un normāla enerģija, kad runa ir par smagumu.
Ja eksistē antimasa, daudzie tehnoloģiskie sasniegumi, par kuriem zinātniskās fantastikas rakstnieki ir sapņojuši daudzus gadus, pēkšņi kļūs fiziski iespējami.
- Mēs varam izveidot gravitācijas vadītāju, pasargājot sevi no gravitācijas spēkiem.
- Mēs varam izveidot gravitācijas kondensatoru telpā un izveidot mākslīgu gravitācijas lauku.
- Mēs pat varētu izveidot šķēru piedziņu, jo mums būtu spēja deformēt telpas laiku tādā pašā veidā, kā to prasa Migela Alkubjēra 1994. gadā ierosinātais vispārējās relativitātes matemātiskais risinājums.
Šī ir neticami izdevīga iespēja, kuru visi teorētiskie fiziķi uzskata par gandrīz neiespējamu. Bet neatkarīgi no tā, cik mežonīgas vai neiedomājamas ir jūsu teorijas, jums tās ir jāatbalsta vai jāatspēko tikai un vienīgi ar eksperimentāliem datiem. Tikai izmērot un pārbaudot Visumu, jūs varat precīzi zināt, kā darbojas tā likumi.
Līdz brīdim, kad mēs izmērīsim antimateriāla gravitācijas paātrinājumu ar nepieciešamo precizitāti, lai noteiktu, vai tas krīt uz augšu vai uz leju, mums jābūt atvērtiem iespējai, ka daba nerīkojas tā, kā mēs to sagaidām. Antimateriāla gadījumā ekvivalences princips var nedarboties; tas var būt 100% antiprincips. Un šajā gadījumā pavērsies pilnīgi jaunu iespēju pasaule. Mēs uzzināsim atbildi pēc dažiem gadiem, veicot vienkāršu eksperimentu: ielieciet antiatomu gravitācijas laukā un redzēsit, kā tas nokritīs.
Iļja Khel