|
Что мешает полететь к звездам на скорости света
|
|
|
|
Может ли масса быть отрицательной по аналогии с электрическим зарядом — ученые пытаются выяснить это уже более ста лет. Недавно удалось получить странное вещество, которое ведет себя, как если бы его масса была минусовой. Это открывает новое направление исследований. Кротовая нора в пространстве-времени долго не живет. Ее горловина схлопывается из-за гравитации, не успевая пропустить даже луч света. Чтобы она стала проходимой, требуется вещество с отрицательной массой, создающее эффект антигравитации, — так называемая экзотическая материя. Через подобную червоточину можно попасть в другую Вселенную. Эту идею использовали в научно-фантастическом фильме "Интерстеллар" — с подачи американского физика-теоретика, нобелевского лауреата Кипа Торна.
|
|
|
|
"Кип Торн — фундаментальный физик, поэтому забывает о технологиях. Сколько энергии для этого потребуется? Как обеспечить утилизацию избыточного тепла для такой энергетической установки? В теоретической физике много что допускается, но на любую реальную технологию накладываются ограничения в виде начал термодинамики, закона сохранения энергии, специальной теории относительности. Мне это напоминает фантазии вековой давности, когда считалось, что можно превратить в чистую энергию любое вещество и на этом летать к звездам. Теоретически — да, любое. А практически — только уран, плутоний и дейтерид лития, но и с ними большие проблемы", — комментирует РИА Новости Антон Первушин, писатель-фантаст, специалист по истории космонавтики.
|
|
|
|
|
Охота на скорости света
|
|
|
|
Если обычные тела все притягивают, то тела с отрицательной массой — отталкивают. Может ли существовать в природе материя с таким странным свойством? В 1954 году физик Герман Бонди из Кембриджа теоретически показал, что нет законов, запрещающих вещество с отрицательной массой. Частица обычной материи, пишет физик Ричард Хаммонд из Университета Северная Каролина, должна убегать от частицы с отрицательной массой, а та ее преследовать. Такая пара начнет ускоряться, постепенно приближаясь к скорости света. Можно ли это использовать при создании двигателя для межпланетного корабля?
|
|
|
|
"Идея, увы, бредовая. При ускорении растет масса — согласно специальной теории относительности. Причем по мере приближения к скорости света масса стремится к бесконечности. За счет чего станет увеличиваться отрицательная масса "отталкивающей" частицы, причем до бесконечности? В действительности эти частицы оттолкнутся друг от друга и будут разлетаться до тех пор, пока не окажутся вне пределов действия своих гравитационных полей, а там либо продолжат свободный полет, либо вступят во взаимодействие с другими частицами", — рассуждает Первушин.
|
|
|
|
Против всякой интуиции
|
|
|
|
В 2017 году много шума наделала статья американских физиков из Государственного университета Вашингтона, получивших в лаборатории странное вещество — не ускорявшееся в ту сторону, куда его толкали, как это предписывает второй закон Ньютона. Это возможно только если его инерционная масса отрицательна. С помощью лазера физики создали суперфлюид из атомов рубидия, охладив их до температуры почти абсолютного нуля, и возникло особое состояние материи — так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, в котором атомы движутся очень медленно.
|
|
|
|
Тем же лазером облачко конденсата Бозе-Эйнштейна как бы заперли в отдельном участке пространства и заставили изменить спин — есть такая квантовая характеристика частиц. Чем сильнее толкали это облачко, тем сильнее оно ускорялось в обратную приложенной силе сторону. Как если бы теннисист бил по мячу, а тот отлетал к нему, а не к сопернику.
|
|
|
|
Эти результаты объяснили теоретики из Австралии, Великобритании и России.
|
|
|
|
Однако в данном случае речь идет об эффективной массе — математическом решении при описании конденсата Бозе-Эйнштейна, а не о фундаментальном свойстве материи. Электрон в кристалле приобретает отрицательную эффективную массу из-за спин-орбитального взаимодействия, уточняет РИА Новости доктор физико-математических наук Сергей Баранов, ведущий научный сотрудник лаборатории взаимодействия излучения с веществом ФИАН.
|
|
|
|
"Рассмотрим спутник на орбите. Если мы попытаемся его затормозить (приложим силу навстречу скорости), спутник перейдет на более низкую орбиту и скорость его не уменьшится, а увеличится. И кинетическая энергия, вопреки совершенной над ним отрицательной работе, — тоже. А если ускорим спутник, подталкивая его сзади, скорость уменьшится — ну чем не отрицательная масса. На самом же деле парадоксальная прибыль (или убыль) кинетической энергии восполняется убылью (или прибылью) потенциальной энергии — поскольку спутник находится в поле тяжести. Отрицательная эффективная масса — это результат взаимодействия со средой (и она невозможна без внешней среды), будь то кристалл или поле тяжести, или какое-либо иное внешнее поле. Но в современной физике есть более сильное утверждение: любая масса — всегда результат взаимодействия со средой," — говорит ученый.
|
|
|
|
Он подчеркивает: вещество с отрицательной гравитационной массой (или энергией) в природе считается невозможным, так как его возникновение приведет к неустойчивости вакуума. "Есть куда падать — из нулевой энергии в отрицательную. И падение это ничем не ограничено", — рассуждает Баранов и добавляет, что современный вакуум не обнаруживает свойств, необходимых для отрицательной массы.
|
|
|
|
С этим спорит английский астрофизик Джейми Фарнс из Оксфорда. Он предлагает модель, где рождение вещества с отрицательной гравитационной массой ускоряет расширение Вселенной. Кандидатом на роль этой экзотической материи он считает темную материю и энергию, сосредоточенные в галактиках и межгалактическом пространстве.
|
|
|
|
Источник
|
