Jedna od najčudnijih činjenica u znanosti je koliko su univerzalni zakoni prirode. Svaka čestica se pokorava istim pravilima, doživljava iste sile, postoji u istim temeljnim konstantama, bez obzira na to gdje i kada se nalazi. S gledišta gravitacije, svaka zasebna čestica Svemira doživljava isto gravitacijsko ubrzanje ili istu zakrivljenost prostora-vremena, bez obzira koja svojstva ima.
U svakom slučaju, to proizlazi iz teorije. U praksi se neke stvari mogu vrlo teško izmjeriti. Fotoni i obične stabilne čestice padaju jednako, kako se i očekivalo, u gravitacijskom polju, a Zemlja prisiljava bilo koju masivnu česticu da ubrza prema svom centru brzinom od 9,8 m / s2. Ali bez obzira na to kako smo pokušali, nikada nismo uspjeli izmjeriti gravitacijsko ubrzanje antimaterije. Trebao bi ubrzati na isti način, ali dok ga ne izmjerimo, ne možemo biti sigurni. Jedan od eksperimenata usmjeren je pronalaženju odgovora na ovo pitanje, jednom za sva vremena. Ovisno o onome što on nađe, možda smo korak bliže znanstvenoj i tehnološkoj revoluciji.
Postoji li antigravitacija?
Možda toga niste svjesni, ali postoje dva potpuno različita načina predstavljanja mase. S jedne strane, postoji masa koja se ubrzava kada na nju primijenite silu: to je m u Newtonovoj poznatoj jednadžbi, gdje je F = ma. Isto je s Einsteinovom jednadžbom E = mc2, iz koje možete izračunati koliko energije vam je potrebno da stvorite česticu (ili antičesticu) i koliko energije dobijete kad uništi.
Ali postoji i druga masa: gravitacijska. To je masa, m, koja se pojavljuje u jednadžbi težine na Zemljinoj površini (W = mg) ili Newtonovom gravitacijskom zakonu, F = GmM / r2. U slučaju obične materije, znamo da bi te dvije mase - inercijalne i gravitacijske mase - trebale biti jednake najbližem 1 dijelu u 100 milijardi, zahvaljujući eksperimentalnim ograničenjima koje je prije 100 godina postavio Laurent Eotvos.
Ali u slučaju antimaterije nikada ne bismo mogli sve to izmjeriti. Primijenili smo negravitacijske sile na antimateriju i vidjeli kako ubrzava; stvorili smo i uništili antimateriju; točno znamo kako se ponaša njegova inercijalna masa - baš poput inercijalne mase obične materije. F = ma i E = mc2 djeluju u slučaju antimaterije na isti način kao i kod obične materije.
Ali ako želimo znati gravitacijsko ponašanje antimaterije, ne možemo jednostavno uzeti teoriju kao osnovu; moramo ga mjeriti. Srećom, u tijeku je eksperiment da se utvrdi upravo to: ALPHA eksperiment u CERN-u.
Promotivni video:
Jedan od velikih proboj koji se nedavno dogodio je stvaranje ne samo čestica antimaterije, već i neutralnih, stabilno vezanih stanja u njima. Antiprotoni i pozitroni (antielektroni) mogu se stvoriti, usporiti i prisiliti međusobno djelovanje da nastanu neutralni antihidrogen. Upotrebom kombinacije električnog i magnetskog polja možemo ograničiti ove antiatome i držati ih stabilnim od materije, što bi u slučaju sudara dovelo do uništenja.
Uspjeli smo ih uspješno održavati stabilnih 20 minuta istodobno, daleko više od mikrosekundnih vremenskih raspona koje obično doživljavaju nestabilne temeljne čestice. Ispalili smo fotone na njih i ustanovili da imaju isti spektar emisije i apsorpcije kao atomi. Utvrdili smo da su svojstva antimaterije ista kao što je to predviđala standardna fizika.
Osim gravitacijskih, naravno. Novi detektor ALPHA-g, izgrađen u kanadskoj tvornici TRIUMF i isporučen u CERN početkom ove godine, trebao bi poboljšati granice gravitacijskog ubrzanja antimaterije do kritičnog praga. Ubrzava li antimaterija u prisutnosti gravitacijskog polja na Zemljinoj površini na 9,8 m / s2 (dolje), -9,8 m / s2 (gore), 0 m / s2 (u nedostatku gravitacijskog ubrzanja) ili na neku drugu vrijednost ?
S teorijskog i praktičnog stajališta, bilo koji rezultat osim očekivanih + 9,8 m / s2 bit će apsolutno revolucionarni.
Analog antimaterije za svaki čestica materije trebao bi sadržavati:
- ista masa
- isto ubrzanje u gravitacijskom polju
- nasuprot električnom naboju
- suprotni spin
- ista magnetska svojstva
- trebali bi se na isti način vezati u atome, molekule i veće strukture
- trebaju imati isti spektar pozitronskih prijelaza u raznim konfiguracijama.
Neka od ovih svojstava mjerena su vremenom: inercijalna masa antimaterije, električni naboj, spin i magnetska svojstva su dobro poznata i proučena. Svojstva vezivanja i prolazna svojstva mjerena su drugim detektorima u pokusu ALPHA i u skladu su s predviđanjima fizike čestica.
Ali ako se gravitacijsko ubrzanje pokaže kao negativno, a ne pozitivno, ono će svijet doslovno okrenuti naopako.
Trenutačno ne postoji gravitacijski vodič. Na električnom vodiču, besplatni naboji žive na površini i mogu se kretati, preraspodjelujući sebe kao odgovor na bilo koji trošak u blizini. Ako imate električni naboj izvan električnog vodiča, unutrašnjost vodiča će biti zaštićena od tog izvora električne energije.
Ali ne postoji način da se zaštitimo od sile gravitacije. Ne postoji način da se ujednači gravitacijsko polje u određenom prostoru prostora, primjerice između paralelnih ploča električnog kondenzatora. Uzrok? Za razliku od električne sile, koja se stvara pozitivnim i negativnim nabojima, postoji samo jedna vrsta gravitacijskog "naboja" - masa / energija. Gravitaciona sila uvijek privlači i ne postoji način da je promijenimo.
Ali ako imate negativnu gravitacijsku masu, sve se mijenja. Ako antimaterija ustvari pokazuje antigravitacijska svojstva, padne i ne padne, tada se u svjetlu gravitacije sastoji od anti-mase ili antienergije. Prema zakonima fizike koje poznajemo, ne postoji anti-masa ili antienergija. Možemo ih zamisliti i zamisliti kako bi se ponašali, ali očekujemo da će antimaterija imati normalnu masu i normalnu energiju kada je u pitanju gravitacija.
Ako antimasa postoji, mnogi tehnološki napredak o kojem su godinama sanjali pisci znanstvene fantastike odjednom će postati fizički izvediv.
- Možemo stvoriti gravitacijski vodič tako da se zaštitimo od gravitacijskih sila.
- Možemo stvoriti gravitacijski kondenzator u prostoru i stvoriti umjetno gravitacijsko polje.
- Čak bismo mogli stvoriti i warp pogon jer bismo imali sposobnost deformiranja prostora u vremenu na isti način kao što to zahtijeva matematičko rješenje opće relativnosti, koje je 1994. predložio Miguel Alcubierre.
To je nevjerojatna prilika koju svi teorijski fizičari smatraju gotovo nemogućom. Ali bez obzira koliko su divne ili nezamislive vaše teorije, morate ih podržati ili opovrgnuti isključivo eksperimentalnim podacima. Samo mjerenjem i testiranjem svemira možete točno znati kako rade njegovi zakoni.
Dok ne izmjerimo gravitacijsko ubrzanje antimaterije s preciznošću potrebnom da se utvrdi pada li ili pada, moramo biti otvoreni mogućnosti da se priroda ne ponaša onako kako očekujemo. Načelo ekvivalentnosti možda ne djeluje u slučaju antimaterije; može biti 100% protu princip. I u ovom će se slučaju otvoriti svijet potpuno novih mogućnosti. Odgovor ćemo saznati za nekoliko godina, provodeći jednostavan eksperiment: staviti antiatom u gravitacijsko polje i vidjeti kako će pasti.
Ilya Khel