Ob Masse analog zu einer elektrischen Ladung negativ sein kann - Wissenschaftler versuchen seit mehr als hundert Jahren herauszufinden. Kürzlich ist es uns gelungen, eine seltsame Substanz zu erhalten, die sich so verhält, als wäre ihre Masse minus. Dies eröffnet ein neues Forschungsgebiet.
Wie man ein Wurmloch stabilisiert
Ein Wurmloch lebt nicht lange in der Raumzeit. Sein Hals kollabiert aufgrund der Schwerkraft, ohne Zeit zu haben, einen Lichtstrahl durchzulassen. Um es passierbar zu machen, ist eine Substanz mit einer negativen Masse erforderlich, die einen Antigravitationseffekt erzeugt - die sogenannte exotische Materie. Durch ein ähnliches Wurmloch gelangen Sie in ein anderes Universum. Diese Idee wurde im Science-Fiction-Film "Interstellar" verwendet - auf Vorschlag des amerikanischen theoretischen Physikers Nobelpreisträger Kip Thorne.
„Kip Thorne ist ein grundlegender Physiker, deshalb vergisst er die Technologie. Wie viel Energie wird dafür benötigt? Wie kann die Nutzung von überschüssiger Wärme für ein solches Kraftwerk sichergestellt werden? In der theoretischen Physik ist viel erlaubt, aber jede reale Technologie unterliegt Einschränkungen in Form der Prinzipien der Thermodynamik, des Energieerhaltungsgesetzes und der speziellen Relativitätstheorie. Es erinnert mich an die Fantasien von vor einem Jahrhundert, als man glaubte, man könne jede Substanz in reine Energie verwandeln und damit zu den Sternen fliegen. Theoretisch ja, jeder. Und praktisch - nur Uran, Plutonium und Lithiumdeuterid, aber es gibt auch große Probleme mit ihnen - kommentiert RIA Novosti Anton Pervushin, Science-Fiction-Autor, Spezialist für Geschichte der Kosmonautik.
Jagd mit Lichtgeschwindigkeit
Wenn gewöhnliche Körper alles anziehen, dann stoßen Körper mit negativer Massenabstoßung ab. Könnte Materie mit solch einer seltsamen Eigenschaft in der Natur existieren? Der Physiker Herman Bondi aus Cambridge zeigte 1954 theoretisch, dass es keine Gesetze gibt, die Substanzen mit negativer Masse verbieten. Ein Teilchen gewöhnlicher Materie, schreibt der Physiker Richard Hammond von der University of North Carolina, muss vor einem Teilchen mit negativer Masse davonlaufen, und dieses Teilchen jagt es. Ein solches Paar beginnt sich zu beschleunigen und nähert sich allmählich der Lichtgeschwindigkeit. Kann damit ein Motor für ein interplanetares Schiff erstellt werden? „Die Idee ist leider verrückt. Mit der Beschleunigung wächst die Masse - nach der speziellen Relativitätstheorie. Wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, neigt die Masse außerdem zur Unendlichkeit. Aufgrund dessen nimmt die negative Masse des "abstoßenden" Teilchens zu,und ad infinitum? In Wirklichkeit stoßen sich diese Partikel gegenseitig ab und zerstreuen sich, bis sie sich außerhalb der Grenzen ihrer Gravitationsfelder befinden. Dort setzen sie entweder ihren freien Flug fort oder interagieren mit anderen Partikeln “, sagt Pervushin.
Ein Teilchen mit negativer Gravitationsmasse jagt ein gewöhnliches Teilchen. Illustration von RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
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Gegen alle Intuition
Im Jahr 2017 machte ein Artikel amerikanischer Physiker von der Washington State University, der im Labor eine seltsame Substanz erhielt, die nicht in die Richtung beschleunigte, in die sie gedrückt wurde, wie in Newtons zweitem Gesetz vorgeschrieben, viel Lärm. Dies ist nur möglich, wenn seine Trägheitsmasse negativ ist. Mit Hilfe eines Lasers erzeugten die Physiker ein Superfluid aus Rubidiumatomen, kühlten sie auf eine Temperatur von fast absolut Null ab und es entstand ein besonderer Materiezustand - das sogenannte Bose-Einstein-Kondensat, in dem sich die Atome sehr langsam bewegen. Mit demselben Laser wurde eine Wolke aus Bose-Einstein-Kondensat sozusagen in einem separaten Raumbereich eingeschlossen und gezwungen, den Spin zu ändern - es gibt eine solche Quantencharakteristik für Teilchen. Je mehr diese Wolke gedrückt wurde, desto stärker beschleunigte sie entgegen der ausgeübten Kraft. Als ob ein Tennisspieler den Ball schlagen würde und er auf ihn zuflog,und nicht zum Gegner.
Um den Ball von der Substanz mit negativer Masse auf den Gegner zu treffen, muss der Tennisspieler ihn noch stärker auf sich selbst drücken. Illustration von RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Diese Ergebnisse wurden von Theoretikern aus Australien, Großbritannien und Russland erklärt. In diesem Fall sprechen wir jedoch von der effektiven Masse - eine mathematische Lösung bei der Beschreibung des Bose-Einstein-Kondensats und nicht von der grundlegenden Eigenschaft der Materie. Ein Elektron in einem Kristall erhält aufgrund der Spin-Bahn-Wechselwirkung eine negative effektive Masse, sagt Sergei Baranov, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, führender Forscher am Labor für Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie bei FIAN. „Betrachten Sie einen Satelliten im Orbit. Wenn wir versuchen, es zu verlangsamen (eine Kraft gegen die Geschwindigkeit aufbringen), bewegt sich der Satellit in eine niedrigere Umlaufbahn und seine Geschwindigkeit nimmt nicht ab, sondern nimmt zu. Und die kinetische Energie trotz der negativen Arbeit auch. Und wenn wir den Satelliten beschleunigen und von hinten schieben, nimmt die Geschwindigkeit ab - nun, was keine negative Masse ist. Tatsächlich wird der paradoxe Gewinn (oder Verlust) an kinetischer Energie durch den Verlust (oder Gewinn) an potentieller Energie kompensiert - da sich der Satellit im Gravitationsfeld befindet. Die negative effektive Masse ist das Ergebnis der Wechselwirkung mit der Umgebung (und ohne die äußere Umgebung ist dies unmöglich), sei es ein Kristall- oder ein Schwerkraftfeld oder ein anderes äußeres Feld. In der modernen Physik gibt es jedoch eine stärkere Aussage: Jede Masse ist immer das Ergebnis der Interaktion mit der Umwelt “, erklärt Sergei Baranov. In der modernen Physik gibt es jedoch eine stärkere Aussage: Jede Masse ist immer das Ergebnis der Interaktion mit der Umwelt “, erklärt Sergei Baranov. In der modernen Physik gibt es jedoch eine stärkere Aussage: Jede Masse ist immer das Ergebnis der Interaktion mit der Umwelt “, erklärt Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
