Vai masa var būt negatīva pēc analoģijas ar elektrisko lādiņu - zinātnieki cenšas noskaidrot vairāk nekā simts gadus. Nesen mums izdevās iegūt dīvainu vielu, kas uzvedas tā, it kā tās masa būtu mīnus. Tas paver jaunu pētījumu jomu.
Kā stabilizēt tārpu caurumu
Tārpa caurums telpā ilgi nedzīvo. Tā kakls gravitācijas dēļ sabrūk, pat neatliekot laika iziet gaismas staru. Lai to padarītu caurspīdīgu, nepieciešama viela ar negatīvu masu, kas rada antigravitācijas efektu - tā saucamo eksotisko vielu. Izmantojot līdzīgu wormhole, jūs varat nokļūt citā Visumā. Šī ideja tika izmantota zinātniskās fantastikas filmā "Starpzvaigžņu" - pēc amerikāņu teorētiskā fiziķa, Nobela prēmijas laureāta Kipra Torna ierosinājuma.
“Kip Thorne ir būtisks fiziķis, tāpēc viņš aizmirst par tehnoloģijām. Cik daudz enerģijas tam nepieciešams? Kā nodrošināt liekā siltuma izmantošanu šādai elektrostacijai? Teorētiskajā fizikā ir atļauts daudz, taču jebkura reāla tehnoloģija ir pakļauta ierobežojumiem, kas izpaužas kā termodinamikas principi, enerģijas saglabāšanas likums, kā arī īpašā relativitātes teorija. Tas man atgādina fantāzijas pirms gadsimta, kad tika uzskatīts, ka jūs varat pārvērst jebkuru vielu tīrā enerģijā un lidot uz tām zvaigznēm. Teorētiski jā, ikviens. Un praktiski - tikai urāns, plutonijs un litija deuterīds, bet ar tiem ir arī lielas problēmas, - komentē RIA Novosti Antons Pervušins, zinātniskās fantastikas rakstnieks, astronautikas vēstures speciālists.
Medības ar gaismas ātrumu
Ja parastie ķermeņi piesaista visu, tad ķermeņi ar negatīvu masu atgrūž. Vai dabā var pastāvēt jautājums par tik dīvainu īpašumu? 1954. gadā Kembridžas fiziķis Hermans Bondi teorētiski parādīja, ka nav likumu, kas aizliegtu vielas ar negatīvu masu. Parastās vielas daļiņai, raksta fiziķis Ričards Hammonds no Ziemeļkarolīnas universitātes, jābēg prom no daļiņas ar negatīvu masu, un šī daļiņa to pakaļ. Šāds pāris sāks paātrināties, pakāpeniski tuvojoties gaismas ātrumam. Vai to var izmantot, lai izveidotu motoru starpplanētu kuģim? “Ideja, diemžēl, ir traka. Ar paātrinājumu masa aug - saskaņā ar īpašo relativitātes teoriju. Turklāt, tuvojoties gaismas ātrumam, masa tiecas uz bezgalību. Sakarā ar to palielināsies "atgrūdošās" daļiņas negatīvā masa,un ad infinitum? Patiesībā šīs daļiņas atgrūž viena otru un izklīdīs, līdz atradīsies ārpus sava gravitācijas lauka robežām, un tur viņi vai nu turpina brīvo lidojumu, vai mijiedarbojas ar citām daļiņām,”saka Pervušins.
Daļiņa ar negatīvu gravitācijas masu dzenas parastajā daļiņā. RIA Novosti ilustrācija. Depositphotos / vektora veidotājs.
Reklāmas video:
Pret visu intuīciju
2017. gadā Vašingtonas štata universitātes amerikāņu fiziķu raksts, kurš laboratorijā saņēma dīvainu vielu, nepaātrinājās tajā virzienā, kur to virzīja, kā noteikts Ņūtona otrajā likumā. Tas ir iespējams tikai tad, ja tā inerciālā masa ir negatīva. Ar lāzera palīdzību fiziķi izveidoja rubīdija atomu superšķidrumu, atdzesēja tos līdz gandrīz absolūtas nulles temperatūrai, un radās īpašs matērijas stāvoklis - tā sauktais Bose-Einšteina kondensāts, kurā atomi pārvietojas ļoti lēni. Ar to pašu lāzeru Bose-Einšteina kondensāta mākonis it kā tika aizslēgts atsevišķā telpas apgabalā un spiests mainīt spin - tur ir tāds daļiņu raksturīgais kvantu raksturojums. Jo vairāk uzstājās šis mākonis, jo vairāk tas paātrinājās virzienā, kas bija pretējs pielietotajam spēkam. It kā tenisists sita bumbu un tas viņam pretī lidoja,un nevis pretiniekam.
Lai trāpītu bumbiņai no vielas ar negatīvu masu pretinieka virzienā, tenisistam tā ir jāpiespiež vēl grūtāk pret sevi. RIA Novosti ilustrācija. Alīna Poljanina, Depositphotos / blueringmedia.
Šos rezultātus skaidroja teorētiķi no Austrālijas, Lielbritānijas un Krievijas. Tomēr šajā gadījumā mēs runājam par efektīvo masu - matemātisku risinājumu, aprakstot Bose-Einšteina kondensātu, nevis par matērijas pamatīpašībām. Elektrons kristālā iegūst negatīvu efektīvo masu spin-orbītas mijiedarbības dēļ, saka Sergejs Baranovs, fizikas un matemātikas doktors, vadošais pētnieks FIAN radiācijas un matērijas mijiedarbības laboratorijā, raksta RIA Novosti. “Apsveriet satelītu orbītā. Ja mēs mēģināsim to palēnināt (pielietosim spēku pret ātrumu), satelīts pārvietosies uz zemāku orbītu un tā ātrums nevis samazināsies, bet palielināsies. Un kinētiskā enerģija, neskatoties uz negatīvo darbu, kas ar to arī veikts. Un, ja mēs paātrināsim satelītu, virzot to no aizmugures, ātrums samazināsies - labi, kas nav negatīva masa. Faktiski kinētiskās enerģijas paradoksālo ieguvumu (vai zudumu) kompensē potenciālās enerģijas zudums (vai pieaugums), jo satelīts atrodas gravitācijas laukā. Negatīvā efektīvā masa ir mijiedarbības ar vidi rezultāts (un tas nav iespējams bez ārējās vides), vai tas būtu kristāls vai gravitācijas lauks, vai kāds cits ārējs lauks. Bet mūsdienu fizikā ir izteiktāks apgalvojums: jebkura masa vienmēr ir mijiedarbības ar vidi rezultāts,”skaidro Sergejs Baranovs. Bet mūsdienu fizikā ir izteiktāks apgalvojums: jebkura masa vienmēr ir mijiedarbības ar vidi rezultāts,”skaidro Sergejs Baranovs. Bet mūsdienu fizikā ir izteiktāks apgalvojums: jebkura masa vienmēr ir mijiedarbības ar vidi rezultāts,”skaidro Sergejs Baranovs.
Tatjana Pičugina