Apakah massa bisa negatif dengan analogi muatan listrik - para ilmuwan telah mencoba mencari tahu selama lebih dari seratus tahun. Baru-baru ini kami berhasil mendapatkan zat aneh yang berperilaku seolah-olah massanya minus. Ini membuka bidang penelitian baru.
Bagaimana menstabilkan lubang cacing
Lubang cacing tidak hidup lama dalam ruang-waktu. Lehernya roboh karena gravitasi, bahkan tanpa sempat melewati seberkas cahaya pun. Untuk membuatnya bisa dilalui, diperlukan zat dengan massa negatif, yang menciptakan efek antigravitasi - yang disebut materi eksotis. Melalui lubang cacing yang serupa, Anda bisa sampai ke alam semesta lain. Ide ini digunakan dalam film fiksi ilmiah "Interstellar" - atas saran fisikawan teoretis Amerika, pemenang Nobel Kip Thorne.
“Kip Thorne adalah fisikawan fundamental, jadi dia lupa tentang teknologi. Berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk ini? Bagaimana cara memastikan pemanfaatan panas berlebih untuk pembangkit listrik seperti itu? Dalam fisika teoretis, banyak yang diperbolehkan, tetapi teknologi nyata apa pun tunduk pada pembatasan dalam bentuk prinsip termodinamika, hukum kekekalan energi, teori relativitas khusus. Ini mengingatkan saya pada fantasi seabad yang lalu, ketika diyakini bahwa Anda dapat mengubah zat apa pun menjadi energi murni dan terbang ke bintang dengan ini. Secara teori, ya, siapa saja. Dan praktis - hanya uranium, plutonium dan lithium deuteride, tetapi ada juga masalah besar dengannya, - komentar untuk RIA Novosti Anton Pervushin, penulis fiksi ilmiah, spesialis dalam sejarah kosmonautika.
Berburu dengan kecepatan cahaya
Jika benda biasa menarik segalanya, maka benda dengan tolakan massa negatif. Mungkinkah masalah dengan properti aneh seperti itu ada di alam? Pada tahun 1954, fisikawan Herman Bondi dari Cambridge menunjukkan secara teoritis bahwa tidak ada hukum yang melarang zat bermassa negatif. Sebuah partikel materi biasa, tulis fisikawan Richard Hammond dari University of North Carolina, harus melarikan diri dari partikel bermassa negatif, dan partikel itu mengejarnya. Pasangan seperti itu akan mulai berakselerasi, secara bertahap mendekati kecepatan cahaya. Bisakah ini digunakan untuk membuat mesin untuk kapal antarplanet? “Ide itu, sayangnya, gila. Dengan percepatan, massa bertambah - menurut teori relativitas khusus. Apalagi, saat mendekati kecepatan cahaya, massanya cenderung tak terhingga. Karena itu massa negatif dari partikel "repulsif" akan meningkat,dan ad infinitum? Pada kenyataannya, partikel-partikel ini akan saling tolak dan menyebar sampai mereka menemukan diri mereka di luar batas medan gravitasinya, dan di sana mereka melanjutkan penerbangan bebasnya atau berinteraksi dengan partikel lain,”kata Pervushin.
Sebuah partikel bermassa gravitasi negatif sedang mengejar partikel biasa. Ilustrasi oleh RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Video promosi:
Melawan semua intuisi
Pada tahun 2017, sebuah artikel oleh fisikawan Amerika dari Washington State University yang menerima zat aneh di laboratorium, yang tidak berakselerasi ke arah yang mendorongnya, seperti yang ditentukan oleh hukum kedua Newton, menimbulkan banyak kebisingan. Ini hanya mungkin jika massa inersia negatif. Dengan bantuan laser, fisikawan menciptakan atom rubidium superfluida, mendinginkannya hingga suhu hampir nol mutlak, dan keadaan materi khusus muncul - yang disebut kondensat Bose-Einstein, di mana atom-atom bergerak sangat lambat. Dengan laser yang sama, awan kondensat Bose-Einstein, seolah-olah, terkunci di area ruang yang terpisah dan dipaksa untuk mengubah perputaran - terdapat karakteristik partikel kuantum seperti itu. Semakin mendorong awan ini, semakin akselerasi ke arah yang berlawanan dengan gaya yang diterapkan. Seolah-olah seorang pemain tenis sedang memukul bola dan itu terbang ke arahnya,dan bukan untuk lawan.
Untuk memukul bola dari zat bermassa negatif ke arah lawan, pemain tenis harus mendorongnya lebih keras ke arah dirinya sendiri. Ilustrasi oleh RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Hasil ini dijelaskan oleh ahli teori dari Australia, Inggris Raya dan Rusia. Namun, dalam hal ini kita berbicara tentang massa efektif - solusi matematis saat menjelaskan kondensat Bose-Einstein, dan bukan tentang sifat dasar materi. Elektron dalam kristal memperoleh massa efektif negatif karena interaksi spin-orbit, kata Sergei Baranov, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Peneliti Terkemuka di Laboratorium Interaksi Materi Radiasi di FIAN. “Pertimbangkan satelit di orbit. Jika kita mencoba untuk memperlambatnya (memberikan gaya terhadap kecepatan), satelit akan bergerak ke orbit yang lebih rendah dan kecepatannya tidak akan berkurang, tetapi bertambah. Dan energi kinetik, terlepas dari upaya negatif yang dilakukan juga padanya. Dan jika kita mempercepat satelit, mendorongnya dari belakang, kecepatannya akan berkurang - yah, yang bukan massa negatif. Faktanya, keuntungan paradoks (atau kehilangan) energi kinetik dikompensasikan dengan kehilangan (atau keuntungan) energi potensial - karena satelit berada di medan gravitasi. Massa efektif negatif adalah hasil interaksi dengan lingkungan (dan tidak mungkin tanpa lingkungan eksternal), baik itu kristal atau medan gravitasi, atau medan eksternal lainnya. Tetapi dalam fisika modern ada pernyataan yang lebih kuat: massa apapun selalu merupakan hasil interaksi dengan lingkungan,”jelas Sergei Baranov. Tetapi dalam fisika modern ada pernyataan yang lebih kuat: massa apapun selalu merupakan hasil interaksi dengan lingkungan,”jelas Sergei Baranov. Tetapi dalam fisika modern ada pernyataan yang lebih kuat: massa apapun selalu merupakan hasil interaksi dengan lingkungan,”jelas Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
