Kas mass võib olla negatiivne analoogselt elektrilaenguga - teadlased on püüdnud teada saada enam kui sada aastat. Hiljuti õnnestus meil saada kummaline aine, mis käitub justkui selle mass oleks miinus. See avab uue uurimisvaldkonna.
Kuidas stabiliseerida ussiauku
Ussiauk ei ela pikka aega ruumis. Selle kael variseb raskuse tõttu kokku, ilma et tal oleks isegi aega valguskiire läbimiseks. Selle läbitavuse tagamiseks on vaja negatiivse massiga ainet, mis loob gravitatsioonivastase efekti - nn eksootilise aine. Sarnase ussiaugu kaudu pääsete teise universumisse. Seda ideed kasutati ulmefilmis "Interstellar" - Ameerika teoreetilise füüsiku, Nobeli preemia laureaadi Kip Thorne ettepanekul.
„Kip Thorne on põhifüüsik, seetõttu unustab ta tehnoloogia. Kui palju energiat on selleks vaja? Kuidas tagada liigse soojuse kasutamine sellises elektrijaamas? Teoreetilises füüsikas on palju lubatud, kuid mis tahes tegelikule tehnoloogiale kehtivad piirangud termodünaamika põhimõtete, energiasäästu seaduse, relatiivsusteooria eriteooria kujul. See tuletab mulle meelde sajandi taguseid fantaasiaid, kui usuti, et võite muuta mis tahes aine puhtaks energiaks ja lennata selle peale tähtedele. Teoorias jah, kedagi. Ja praktiliselt - ainult uraan, plutoonium ja liitiumdeuteriid, kuid ka nendega on suuri probleeme,”- kommenteerib RIA Novosti Anton Pervushin, ulmekirjanik, astronautika ajaloo spetsialist.
Jaht valguse kiirusel
Kui tavalised kehad meelitavad kõike, siis negatiivse massiga kehad tõrjuvad. Kas looduses võib nii kummalise omadusega küsimus olla? Aastal 1954 näitas Cambridge'i füüsik Herman Bondi teoreetiliselt, et negatiivse massiga aineid keelavaid seadusi pole. Põhja-Carolina ülikooli füüsik Richard Hammond kirjutab, et tavalise aine osake peab minema negatiivse massiga osakeste juurest minema ja see osake jälitab seda. Selline paar hakkab kiirenema, lähenedes järk-järgult valguse kiirusele. Kas seda saab kasutada planeetidevahelise laeva mootori loomiseks? “Idee on paraku hull. Kiirendusega mass kasvab - vastavalt relatiivsusteooria eriteooriale. Pealegi kaldub mass valguse kiirusele lähenedes lõpmatuseni. Selle tõttu suureneb "tõrjuva" osakese negatiivne mass,ja ad infinitum? Tegelikkuses tõrjuvad need osakesed üksteist ja hajuvad, kuni nad leiavad end väljaspool oma gravitatsiooniväljade piire ja seal nad kas jätkavad vaba lendu või suhtlevad teiste osakestega,”räägib Pervushin.
Negatiivse gravitatsioonimassiga osake jahutab tavalist osakest. RIA Novosti illustratsioon. Depositphotos / vektorkujundaja.
Reklaamvideo:
Kogu intuitsiooni vastu
2017. aastal tegi Washingtoni Riikliku Ülikooli ameeriklaste füüsikute artikkel, kes sai laborisse kummalise aine, mis ei kiirenenud selles suunas, kuhu seda suruti, nagu Newtoni teine seadus ette kirjutas, palju kõmu. See on võimalik ainult siis, kui selle inertsiaalne mass on negatiivne. Füüsikud lõid laseriga abiga rubiidiumi aatomitest supervedeliku, jahutasid need temperatuurini peaaegu absoluutse nulli ja tekkis eriline mateeriaseisund - nn Bose-Einsteini kondensaat, milles aatomid liiguvad väga aeglaselt. Sama laseriga lukustati Bose-Einsteini kondensaadi pilv justkui eraldi ruumi piirkonda ja sunniti spinni muutma - seal on osakeste selline kvantomadus. Mida rohkem seda pilvi suruti, seda rohkem see kiirenes rakendatud jõuga vastupidises suunas. Justkui tennisist lööks palli ja see lendaks tema poole,ja mitte vastasele.
Negatiivse massiga palli löömiseks vastase poole, peab tennisist seda veelgi tugevamalt enda poole suruma. RIA Novosti illustratsioon. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Neid tulemusi selgitasid Austraalia, Suurbritannia ja Venemaa teoreetikud. Kuid sel juhul räägime efektiivsest massist - matemaatilisest lahendusest Bose-Einsteini kondensaadi kirjeldamisel, mitte aga mateeria põhijoonest. Kristallis olev elektron omandab spin-orbiidil toimuva interaktsiooni tõttu negatiivse efektiivmassi, ütles RIA Novosti FIAN-i kiirgus-mateeria interaktsiooni labori juhtivteadur, füüsika ja matemaatika doktor Sergei Baranov. “Mõelge satelliidile orbiidil. Kui proovime seda aeglustada (rakendame kiiruse suhtes jõudu), liigub satelliit madalamale orbiidile ja tema kiirus ei vähene, vaid suureneb. Ja kineetiline energia, hoolimata ka selle peal tehtud negatiivsest tööst. Ja kui kiirendame satelliiti, lükates seda tagant, siis kiirus väheneb - noh, mis pole negatiivne mass. Tegelikult kompenseerib kineetilise energia paradoksaalne võimendus (või kaotus) potentsiaalse energia kaotusega (või võimendusega) - kuna satelliit asub gravitatsiooniväljas. Negatiivne efektiivmass on keskkonnaga interaktsiooni tulemus (ja see on väliskeskkonnata võimatu), olgu see siis kristall või gravitatsiooniväli või mõni muu väline väli. Kuid kaasaegses füüsikas on tugevam väide: igasugune mass on alati keskkonnaga toimuva mõju tulemus,”selgitab Sergei Baranov. Kuid kaasaegses füüsikas on tugevam väide: igasugune mass on alati keskkonnaga toimuva mõju tulemus,”selgitab Sergei Baranov. Kuid kaasaegses füüsikas on tugevam väide: igasugune mass on alati keskkonnaga toimuva mõju tulemus,”selgitab Sergei Baranov.
Tatjana Pichugina
