Of massa negatief kan zijn naar analogie met een elektrische lading - wetenschappers proberen er al meer dan honderd jaar achter te komen. Onlangs zijn we erin geslaagd om een vreemde substantie te verkrijgen die zich gedraagt alsof de massa minus is. Dit opent een nieuw onderzoeksgebied.
Hoe een wormgat te stabiliseren
Een wormgat leeft niet lang in ruimte-tijd. Zijn nek stort in door de zwaartekracht, zonder zelfs maar tijd te hebben om een lichtstraal te passeren. Om het begaanbaar te maken, is een stof met een negatieve massa nodig, die een antizwaartekrachteffect creëert - de zogenaamde exotische materie. Via een soortgelijk wormgat kun je in een ander universum komen. Dit idee werd gebruikt in de sciencefictionfilm "Interstellar" - op voorstel van de Amerikaanse theoretisch natuurkundige, Nobelprijswinnaar Kip Thorne.
“Kip Thorne is een fundamenteel fysicus, dus hij vergeet technologie. Hoeveel energie is hiervoor nodig? Hoe zorg je voor het gebruik van overtollige warmte voor zo'n energiecentrale? In de theoretische fysica is veel toegestaan, maar elke echte technologie is onderhevig aan beperkingen in de vorm van de principes van de thermodynamica, de wet van behoud van energie, de speciale relativiteitstheorie. Het doet me denken aan de fantasieën van een eeuw geleden, toen men geloofde dat je elke substantie in pure energie kunt veranderen en hiermee naar de sterren kunt vliegen. In theorie ja, iedereen. En praktisch - alleen uranium, plutonium en lithiumdeuteride, maar er zijn ook grote problemen mee ', zegt RIA Novosti Anton Pervushin, sciencefictionschrijver, specialist in de geschiedenis van de kosmonautiek.
Jagen met de snelheid van het licht
Als gewone lichamen alles aantrekken, dan stoten lichamen met negatieve massa af. Zou materie met zo'n vreemde eigenschap in de natuur kunnen bestaan? In 1954 toonde natuurkundige Herman Bondi uit Cambridge theoretisch aan dat er geen wetten zijn die stoffen met een negatieve massa verbieden. Een deeltje van gewone materie, schrijft natuurkundige Richard Hammond van de Universiteit van North Carolina, moet wegrennen voor een deeltje met een negatieve massa, en dat deeltje jaagt het na. Zo'n paar zal beginnen te versnellen en geleidelijk de lichtsnelheid naderen. Kan dit worden gebruikt om een motor te maken voor een interplanetair schip? 'Het idee is helaas waanzinnig. Met versnelling groeit de massa - volgens de speciale relativiteitstheorie. Bovendien neigt de massa naar oneindig naarmate het de lichtsnelheid nadert. Hierdoor zal de negatieve massa van het "afstotende" deeltje toenemen,en tot in het oneindige? In werkelijkheid zullen deze deeltjes elkaar afstoten en uiteenvallen totdat ze zich buiten de grenzen van hun zwaartekrachtvelden bevinden, en daar zetten ze hun vrije vlucht voort of reageren ze op andere deeltjes”, zegt Pervushin.
Een deeltje met een negatieve zwaartekracht jaagt op een gewoon deeltje. Illustratie door RIA Novosti. Depositphotos / vectorschepper.
Promotie video:
Tegen alle intuïtie in
In 2017 maakte een artikel van Amerikaanse natuurkundigen van de Washington State University die in het laboratorium een vreemde stof kregen die niet versnelde in de richting waarin hij werd geduwd, zoals voorgeschreven door de tweede wet van Newton, veel herrie. Dit is alleen mogelijk als de traagheidsmassa negatief is. Met behulp van een laser creëerden natuurkundigen een superfluïdum van rubidiumatomen, koelden ze af tot een temperatuur van bijna het absolute nulpunt en ontstond er een speciale toestand van materie - het zogenaamde Bose-Einstein-condensaat, waarin de atomen heel langzaam bewegen. Met dezelfde laser werd een wolk van Bose-Einstein-condensaat als het ware opgesloten in een apart gebied van de ruimte en gedwongen om de spin te veranderen - er is zo'n kwantumkarakteristiek van deeltjes. Hoe meer deze wolk werd ingedrukt, hoe meer hij versnelde in de richting tegengesteld aan de uitgeoefende kracht. Alsof een tennisser de bal sloeg en hij naar hem toe vloog,en niet tegen de tegenstander.
Om de bal van de substantie met negatieve massa naar de tegenstander te slaan, moet de tennisser hem nog harder naar zich toe duwen. Illustratie door RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Deze resultaten werden verklaard door theoretici uit Australië, Groot-Brittannië en Rusland. In dit geval hebben we het echter over de effectieve massa - een wiskundige oplossing bij het beschrijven van het Bose-Einstein-condensaat, en niet over de fundamentele eigenschap van materie. Een elektron in een kristal krijgt een negatieve effectieve massa als gevolg van spin-baaninteractie, zegt Sergei Baranov, doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, vooraanstaand onderzoeker bij het laboratorium voor stralings-materie-interactie bij FIAN. 'Beschouw een satelliet in een baan om de aarde. Als we het proberen te vertragen (kracht uitoefenen tegen de snelheid in), zal de satelliet naar een lagere baan bewegen en zal zijn snelheid niet afnemen, maar toenemen. En de kinetische energie, ondanks het negatieve werk dat eraan is gedaan. En als we de satelliet versnellen en van achteren duwen, zal de snelheid afnemen - nou ja, wat is geen negatieve massa. In feite wordt de paradoxale winst (of verlies) van kinetische energie gecompenseerd door het verlies (of de winst) van potentiële energie - aangezien de satelliet zich in het zwaartekrachtveld bevindt. De negatieve effectieve massa is het resultaat van interactie met de omgeving (en het is onmogelijk zonder de externe omgeving), of het nu een kristal of een zwaartekrachtveld is, of een ander extern veld. Maar in de moderne natuurkunde is er een sterkere uitspraak: elke massa is altijd het resultaat van interactie met de omgeving”, legt Sergei Baranov uit. Maar in de moderne natuurkunde is er een sterkere uitspraak: elke massa is altijd het resultaat van interactie met de omgeving”, legt Sergei Baranov uit. Maar in de moderne natuurkunde is er een sterkere uitspraak: elke massa is altijd het resultaat van interactie met de omgeving”, legt Sergei Baranov uit.
Tatiana Pichugina
