Üks teaduse üllatavamaid fakte on see, kui universaalsed on loodusseadused. Iga osake järgib samu reegleid, kogeb samu jõude, eksisteerib samades põhikonstantides, sõltumata sellest, kus ja millal see asub. Gravitatsiooni seisukohast kogeb iga Universumi eraldi osake sama gravitatsioonikiirendust või sama aegruumi kumerust, sõltumata sellest, millised omadused sellel on.
Igal juhul tuleneb see teooriast. Praktikas võib mõnda asja olla väga keeruline mõõta. Footonid ja tavalised stabiilsed osakesed langevad, nagu arvatakse, gravitatsiooniväljas võrdselt ja Maa põhjustab kiiret massiosa kiirenemist keskpunkti suunas kiirusega 9,8 m / s2. Kuid hoolimata sellest, kuidas me üritasime, pole me kunagi suutnud mõõta antimaterjali gravitatsioonikiirendust. See peaks samamoodi kiirenema, kuid enne, kui seda mõõdame, ei saa me kindel olla. Üks eksperimente on suunatud sellele küsimusele lõpliku vastuse leidmisele. Sõltuvalt sellest, mida ta leiab, võime olla sammu lähemal teaduse ja tehnoloogia revolutsioonile.
Kas antigravitatsioon on olemas?
Te ei pruugi sellest teadlik olla, kuid massi esindamiseks on kaks täiesti erinevat viisi. Ühelt poolt on mass, mis kiireneb, kui rakendate sellele jõudu: see on m Newtoni kuulsas võrrandis, kus F = ma. Sama on Einsteini võrrandiga E = mc2, mille abil saate arvutada, kui palju energiat teil on vaja osakese (või antiosakese) loomiseks ja kui palju energiat saate selle hävitamise korral.
Kuid on ka teine mass: gravitatsiooniline. See on mass m, mis ilmub Maa pinna kaaluvõrrandisse (W = mg) või Newtoni gravitatsiooniseadusse, F = GmM / r2. Tavalise mateeria puhul teame, et need kaks massi - inerts- ja gravitatsioonimassid - peaksid olema Laurent Eotvossi poolt üle 100 aasta tagasi seatud katsepiirangutega võrdsed lähima 1-ga 100 miljardist massist.
Kuid antimaterjalide puhul ei saaks me seda kõike kunagi mõõta. Me rakendasime antimaterjalile mittegravitatsioonilisi jõude ja nägime, kuidas see kiireneb; lõime ja hävitasime antimaterjali; me teame täpselt, kuidas selle inertsiaalne mass käitub - täpselt nagu tavalise mateeria inertsiaalne mass. F = ma ja E = mc2 toimivad antimaterjali korral samamoodi nagu tavalise aine puhul.
Kuid kui tahame teada antimaterjali gravitatsioonilist käitumist, ei saa me lihtsalt võtta teooriat; me peame seda mõõtma. Õnneks on käimas eksperiment, mille eesmärk on täpselt välja selgitada: ALPHA eksperiment CERNis.
Reklaamvideo:
Üks hiljuti aset leidnud suuri läbimurdeid pole mitte ainult antimaterjalidest pärinevate osakeste loomine, vaid ka neis neutraalsed, stabiilselt seotud olekud. Antiprotoone ja positroone (antieletroone) saab luua, aeglustada ja sundida omavahel suhelda, moodustades neutraalse antivesiniku. Elektriliste ja magnetväljade kombinatsiooni abil saame need antiatoomid piiritleda ja hoida need ainest eemal, mis võiks kokkupõrke korral hävitada.
Oleme suutnud hoida neid edukalt stabiilsena 20 minutit korraga, kaugelt üle mikrosekundi ajakava, mida ebastabiilsed põhiosakesed tavaliselt kogevad. Tulistasime neile footonid ja leidsime, et neil on samad emissiooni ja neeldumisspektrid kui aatomitel. Oleme kindlaks teinud, et antimaterjali omadused on samad, mida tavafüüsika ennustas.
Välja arvatud muidugi gravitatsioonilised. Kanada tehases TRIUMF ehitatud ja selle aasta alguses CERNisse tarnitud uus ALPHA-g detektor peaks parandama antimaterjali gravitatsioonikiirenduse piire kriitilise piirini. Kas antimaterjal kiireneb gravitatsioonivälja olemasolul Maa pinnal 9,8 m / s2 (alla), -9,8 m / s2 (üles), 0 m / s2 (gravitatsioonikiirenduse puudumisel) või mõne muu väärtuseni ?
Nii teoreetilisest kui ka praktilisest küljest on kõik tulemused, välja arvatud oodatav +9,8 m / s2, absoluutselt revolutsioonilised.
Antiaine analoogil kõigil aineosakestel peaks olema:
- sama mass
- sama kiirendus gravitatsiooniväljas
- vastupidine elektrilaeng
- spinni vastas
- samad magnetilised omadused
- peaksid seonduma samal viisil aatomite, molekulide ja suuremate struktuuridega
- peaks olema sama positronite üleminekute spekter erinevates konfiguratsioonides.
Mõnda neist omadustest on aja jooksul mõõdetud: antimaterjali inertsmass, elektrilaeng, spinn ja magnetilised omadused on hästi teada ja uuritud. Sidumis- ja mööduvaid omadusi mõõdeti muude detektoritega ALPHA eksperimendis ja need on kooskõlas osakeste füüsika ennustustega.
Kuid kui gravitatsioonikiirendus osutub pigem negatiivseks kui positiivseks, pöörab see sõna otseses mõttes maailma tagurpidi.
Praegu pole sellist asja nagu gravitatsioonijuht. Elektrijuhil elavad tasuta laengud pinnal ja saavad liikuda, jaotades end ümber vastavalt läheduses asuvatele laengutele. Kui teil on väljaspool elektrijuhti elektrilaeng, on juhi sisemus selle elektrienergia allika eest kaitstud.
Kuid gravitatsiooni jõu eest kaitsta pole kuidagi võimalik. Ühtset gravitatsioonivälja ei ole võimalik häälestada konkreetses ruumi piirkonnas, näiteks elektrikondensaatori paralleelsete plaatide vahel. Põhjus? Erinevalt positiivsest ja negatiivsest laengust tekitatavast elektrijõust on gravitatsiooniline "laeng" ainult ühte tüüpi - mass / energia. Gravitatsioonijõud tõmbab alati ligi ja selle muutmiseks pole võimalust.
Kuid kui teil on negatiivne gravitatsioonimass, siis kõik muutub. Kui antimaterjal ilmnevad tegelikult gravitatsioonivastased omadused, kukub üles ja mitte alla, siis koosneb see gravitatsiooni valguses massi- või antiienergiast. Füüsikaseaduste kohaselt, nagu me seda tunneme, ei ole mingit masu või energia vastast. Me võime neid ette kujutada ja ette kujutada, kuidas nad käituksid, kuid eeldame, et antimaterjalil on gravitatsiooni korral normaalne mass ja normaalne energia.
Kui massimass on olemas, muutuvad paljud tehnoloogilised edusammud, millest ulmekirjanikud on aastaid unistanud, füüsiliselt teostatavaks.
- Gravitatsioonijuhi saame luua, kui kaitsta end gravitatsioonijõudude eest.
- Saame luua ruumis gravitatsioonilise kondensaatori ja luua kunstliku gravitatsioonivälja.
- Võiksime isegi luua lõimeülekande, kuna meil oleks võime ruumi aega deformeerida samamoodi nagu seda nõuab Miguel Alcubierre'i 1994. aastal välja pakutud üldrelatiivsusteooria matemaatiline lahendus.
See on uskumatu võimalus, mida kõik teoreetilised füüsikud peavad peaaegu võimatuks. Kuid hoolimata sellest, kui metsikud või mõeldamatud teie teooriad on, peate neid toetama või ümber lükkama ainult eksperimentaalsete andmete abil. Ainult universumi mõõtmise ja testimisega saate täpselt teada, kuidas selle seadused toimivad.
Kuni me ei mõõta antimaterjali gravitatsioonikiirendust vajaliku täpsusega, et teha kindlaks, kas see langeb üles või alla, peame olema avatud võimalusele, et loodus ei käitu nii, nagu me eeldame. Antimaterjali korral ei pruugi samaväärsuse põhimõte töötada; see võib olla 100% põhimõttevastane. Ja sel juhul avaneb täiesti uute võimaluste maailm. Saame vastuse teada mõne aasta jooksul, viies läbi lihtsa eksperimendi: pange antiatoom gravitatsiooniväljale ja vaadake, kuidas see langeb.
Ilja Khel
