Se la massa può essere negativa per analogia con una carica elettrica, gli scienziati hanno cercato di scoprirlo per più di cento anni. Recentemente siamo riusciti ad ottenere una strana sostanza che si comporta come se la sua massa fosse meno. Questo apre una nuova area di ricerca.
Come stabilizzare un wormhole
Un wormhole non vive a lungo nello spazio-tempo. Il suo collo crolla a causa della gravità, senza nemmeno avere il tempo di passare un raggio di luce. Per renderlo passabile, è necessaria una sostanza con una massa negativa, che crea un effetto antigravità - la cosiddetta materia esotica. Attraverso un wormhole simile, puoi raggiungere un altro universo. Questa idea è stata utilizzata nel film di fantascienza "Interstellar" - su suggerimento del fisico teorico americano, il premio Nobel Kip Thorne.
“Kip Thorne è un fisico fondamentale, quindi si dimentica della tecnologia. Quanta energia è necessaria per questo? Come garantire l'utilizzo del calore in eccesso per una tale centrale elettrica? Nella fisica teorica, molto è permesso, ma qualsiasi tecnologia reale è soggetta a restrizioni sotto forma di principi della termodinamica, legge di conservazione dell'energia, teoria della relatività speciale. Mi ricorda le fantasie di un secolo fa, quando si credeva di poter trasformare qualsiasi sostanza in pura energia e volare verso le stelle su questo. In teoria, sì, chiunque. E praticamente - solo uranio, plutonio e litio deuteruro, ma ci sono anche grossi problemi con loro - commenta a RIA Novosti Anton Pervushin, scrittore di fantascienza, specialista in storia dell'astronautica.
Caccia alla velocità della luce
Se i corpi ordinari attraggono tutto, allora i corpi con repulsione di massa negativa. Potrebbe esistere in natura materia con una proprietà così strana? Nel 1954, il fisico Herman Bondi di Cambridge ha dimostrato teoricamente che non esistono leggi che vietano le sostanze con massa negativa. Una particella di materia ordinaria, scrive il fisico Richard Hammond dell'Università del North Carolina, deve scappare da una particella con massa negativa, e quella particella la insegue. Una tale coppia inizierà ad accelerare, avvicinandosi gradualmente alla velocità della luce. Può essere utilizzato per creare un motore per una nave interplanetaria? “L'idea, ahimè, è folle. Con l'accelerazione, la massa cresce, secondo la teoria della relatività speciale. Inoltre, avvicinandosi alla velocità della luce, la massa tende all'infinito. A causa della quale la massa negativa della particella "repulsiva" aumenterà,e all'infinito? In realtà, queste particelle si respingeranno e si disperderanno fino a quando non si troveranno al di fuori dei limiti dei loro campi gravitazionali, e lì o continueranno il loro volo libero o interagiranno con altre particelle”, dice Pervushin.
Una particella con massa gravitazionale negativa sta inseguendo una particella ordinaria. Illustrazione di RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
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Contro ogni intuizione
Nel 2017, un articolo di fisici americani della Washington State University che ha ricevuto in laboratorio una strana sostanza, che non ha accelerato nella direzione in cui è stata spinta, come prescritto dalla seconda legge di Newton, ha fatto molto rumore. Ciò è possibile solo se la sua massa inerziale è negativa. Con l'aiuto di un laser, i fisici hanno creato un superfluido di atomi di rubidio, li hanno raffreddati a una temperatura quasi zero assoluto e si è formato uno stato speciale della materia: il cosiddetto condensato di Bose-Einstein, in cui gli atomi si muovono molto lentamente. Con lo stesso laser, una nuvola di condensato di Bose-Einstein era, per così dire, bloccata in un'area separata dello spazio e costretta a cambiare lo spin: esiste una caratteristica quantistica delle particelle. Più forte è stata spinta questa nuvola, più ha accelerato nella direzione opposta alla forza applicata. Come se un giocatore di tennis stesse colpendo la palla e questa volasse verso di lui,e non all'avversario.
Per colpire la palla dalla sostanza con massa negativa verso l'avversario, il tennista deve spingerla ancora più forte verso se stesso. Illustrazione di RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Questi risultati sono stati spiegati da teorici provenienti da Australia, Gran Bretagna e Russia. Tuttavia, in questo caso stiamo parlando della massa effettiva, una soluzione matematica per descrivere il condensato di Bose-Einstein, e non della proprietà fondamentale della materia. Un elettrone in un cristallo acquisisce una massa effettiva negativa a causa dell'interazione spin-orbita, afferma Sergei Baranov, dottore in fisica e matematica, ricercatore principale presso il laboratorio di interazione radiazione-materia presso FIAN, RIA Novosti. “Considera un satellite in orbita. Se proviamo a rallentarlo (applicando una forza contro la velocità), il satellite si sposterà su un'orbita inferiore e la sua velocità non diminuirà, ma aumenterà. E anche l'energia cinetica, nonostante il lavoro negativo svolto su di essa. E se acceleriamo il satellite, spingendolo da dietro, la velocità diminuirà, cosa che non è una massa negativa. In effetti, il paradossale guadagno (o perdita) di energia cinetica è compensato dalla perdita (o guadagno) di energia potenziale, poiché il satellite si trova in un campo di gravità. La massa effettiva negativa è il risultato dell'interazione con l'ambiente (ed è impossibile senza l'ambiente esterno), sia esso un cristallo o un campo di gravità, o qualche altro campo esterno. Ma nella fisica moderna c'è un'affermazione più forte: qualsiasi massa è sempre il risultato dell'interazione con l'ambiente ", spiega Sergei Baranov. Ma nella fisica moderna c'è un'affermazione più forte: qualsiasi massa è sempre il risultato dell'interazione con l'ambiente ", spiega Sergei Baranov. Ma nella fisica moderna c'è un'affermazione più forte: qualsiasi massa è sempre il risultato dell'interazione con l'ambiente ", spiega Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
