Зафіксована матерія з від’ємною масою: все, що відомо на цей час

Перше повідомлення про появу рідини з від’ємною масою з’явилося у рецензованому журналі Physical Review Letters 10 квітня. Американські фізики зазначили, що їм вдалося отримати “від’ємну ефективну масу”, яка раніше була предметом лише теоретичної фізики.

Інші дослідники вже готуються відтворити умови експерименту, адже ми маємо справу з відкриттям, яке здатне перевернути наші уявлення про світ, який ми знаємо.

Загальна теорія відносності описує властивості гравітації та закони руху для обох частинок, з позитивним та негативним зарядом, зокрема від’ємною масою, однак вона не зачіпає інші фундаментальні сили. З іншого боку, Стандартна модель досить широко описує різні квантові частинки та фундаментальні сили, однак не пояснює гравітацію. У цьому парадоксі від’ємна маса може займати важливе місце на шляху до створення єдиної уніфікованої Теорії всього, де б усі фундаментальні взаємодії об’єдналися з гравітацією.

Кілограм зі знаком мінус

Зазвичай ми маємо справу з матерією, яка відштовхується від нас, коли ми її штовхаємо. Однак матерія з від’ємною масою поводить себе інакше – вона прискорюється на зустріч тому, хто її штовхає. У цьому немає нічого дивного з точки зору теоретичної фізики, однак такий собі м’ячик з масою -1 кг виглядав би досить “дивно” на футбольному полі. Погодьтесь, гра у футбол з м’ячем, який прямує у напрямку ноги гравця, виглядала б дещо кумедно.

Повернемось до Другого закону Ньютона [F = ma]: сила дорівнює добутку маси тіла та прискорення. Зі звичайною масою прискорення відбувається у напрямку сили, яка була прикладена до маси. Але спробуймо записати формулу інакше: a = F/m. Якщо маса у знаменнику виявиться від’ємною, зі знаком мінус, тоді й прискорення відбуватиметься у зворотному напрямку до сили.

Цей факт не порушує положення Загальної теорії відносності, а присутність позитивних та негативних електричних зарядів у електродинаміці вже давно спонукає вчених до активних пошуків від’ємної маси.

Дивна рідина

Дослідники з Університету штату Вашингтон заявили, що їм вдалося змусити рідину з охолоджених майже до абсолютного нуля атомів рубідію поводитися саме так, як має себе вести речовина з від’ємною масою.

“Це перший випадок, коли ми отримали витончений контроль над природою цієї від’ємної маси без будь-яких інших ускладнень.”

– зазначив у прес-анонсі провідний дослідник Майкл Форбс.

Під час експерименту вчені використали набір лазерів, за допомогою яких вони охолоджували атоми рубідію до наднизьких температур, доки не утворився конденсат Бозе-Айнштайна. У цьому стані частинки рухаються надзвичайно повільно та поводять себе більше як хвилі, а їхнє положення у просторі певно та точно визначити стає неможливим. Далі вчені використали інший набір лазерів, які змінили напрямок спінів переохолоджених атомів та змусили їх поводитись так, наче вони мають від’ємну масу.

Схожу операцію проводили нещодавно фізики з MIT, коли отримували надплинне та, водночас, кристалічне супертіло.

“Як тільки ви тиснете, воно прискорюється назад.”

– додав Форбс.

“Здається, наче рубідій вдаряється у невидиму стіну”

Негативна енергія?

Дехто міг сміливо припустити, що присутність маси зі знаком мінус у відомій формулі енергії E = mc2 може створювати умови для виникнення від’ємної енергії, однак фізики не вважають це можливим. Енергія за своєю природою буде залишатись позитивною, оскільки коефіцієнт [-c2] стане від’ємним.

Від’ємна маса може бути ключем до розуміння багатьох важливих явищ, зокрема чорних дір та темної матерії, однак іншим науковцям все ще необхідно відтворити умови та результати, які отримав Форбс зі своєю командою. Можна бути впевненим, що світ уважно споcтерігає за розвитком цієї історії.


Валентин Солонечний
  • 14 записів
  • 0 дописів
Дослідник та підприємець. Отримав вищу технічну освіту у Севастопольському національному університеті ядерної енергії та промисловості. Працює над дисертацією та займається наукпоп журналістикою у Львові.
Отримуй новини, що визначають майбутнє на свій Email: