Jedným z najviac prekvapujúcich faktov vo vede je univerzálnosť prírodných zákonov. Každá častica sa riadi rovnakými pravidlami, prežíva rovnaké sily, existuje v rovnakých základných konštantoch bez ohľadu na to, kde a kedy je. Z hľadiska gravitácie každá jednotlivá častica Vesmíru prežíva rovnaké gravitačné zrýchlenie alebo rovnaké zakrivenie časopriestoru, bez ohľadu na to, aké vlastnosti má.
V každom prípade to vyplýva z teórie. V praxi je ťažké merať niektoré veci. Fotóny a obyčajné stabilné častice padajú rovnako, ako sa očakávalo, v gravitačnom poli a Zem núti akúkoľvek masívnu časticu zrýchliť smerom k svojmu stredu rýchlosťou 9,8 m / s2. Ale bez ohľadu na to, ako sme sa snažili, nikdy sme neboli schopní zmerať gravitačné zrýchlenie antihmoty. Mala by sa zrýchliť rovnakým spôsobom, ale pokiaľ to nezmeráme, nemôžeme si byť istí. Jeden z experimentov je zameraný na nájdenie odpovede na túto otázku raz a navždy. V závislosti od toho, čo zistí, môžeme byť o krok bližšie k vedeckej a technologickej revolúcii.
Existuje antigravitácia?
Možno si to neuvedomujete, ale existujú dva úplne odlišné spôsoby, ako reprezentovať omšu. Na jednej strane existuje hmota, ktorá sa zrýchľuje, keď na ňu aplikujete silu: to je m v Newtonovej slávnej rovnici, kde F = ma. To isté platí pre Einsteinovu rovnicu E = mc2, z ktorej môžete vypočítať, koľko energie potrebujete na vytvorenie častice (alebo antičastice) a koľko energie získate, keď zničí.
Ale je tu ešte jedna omša: gravitačná. Je to hmotnosť m, ktorá sa objavuje vo váhovej rovnici na zemskom povrchu (W = mg) alebo Newtonovom gravitačnom práve, F = GmM / r2. V prípade bežnej hmoty vieme, že tieto dve masy - zotrvačné a gravitačné masy - by sa mali rovnať najbližšej jednej časti zo 100 miliárd, vďaka experimentálnym obmedzeniam stanoveným pred viac ako 100 rokmi Laurentom Eotvosom.
Ale v prípade antihmoty sme to všetko nemohli zmerať. Na antihmotu sme použili gravitačné sily a zistili sme, že sa zrýchľuje; vytvorili sme a zničili antihmotu; vieme presne, ako sa správa jeho zotrvačná hmota - rovnako ako inertná hmota obyčajnej hmoty. F = ma a E = mc2 funguje v prípade antihmoty rovnako ako v prípade bežných látok.
Ak však chceme poznať gravitačné správanie antihmoty, nemôžeme jednoducho vychádzať z teórie; musíme to zmerať. Našťastie prebieha experiment na zistenie toho presne: experiment ALPHA v CERN.
Propagačné video:
Jedným z veľkých prielomov, ku ktorým došlo v poslednej dobe, bolo vytvorenie nielen častíc z antihmoty, ale aj neutrálnych, stabilných hraničných stavov v nich. Antiprotóny a pozitróny (antielektróny) sa môžu vytvárať, spomaľovať a prinútiť navzájom interagovať za vzniku neutrálneho antihydrogénu. Použitím kombinácie elektrických a magnetických polí môžeme tieto antiatomy obmedziť a udržať ich stabilné pred hmotou, čo by v prípade kolízie viedlo k zničeniu.
Dokázali sme ich úspešne udržať stabilné 20 minút v čase, ďaleko za časovými intervalmi mikrosekúnd, ktoré sa zvyčajne vyskytujú pri nestabilných základných časticiach. Vyhodili sme na ne fotóny a zistili sme, že majú rovnaké emisné a absorpčné spektrá ako atómy. Zistili sme, že vlastnosti antihmoty sú rovnaké, ako sa predpokladalo v štandardnej fyzike.
Samozrejme s výnimkou gravitačných. Nový detektor ALPHA-g, postavený v kanadskej továrni TRIUMF a odoslaný do CERN začiatkom tohto roka, by mal zlepšiť limity gravitačného zrýchlenia antihmoty na kritický prah. Urýchľuje antihmotu v prítomnosti gravitačného poľa na zemskom povrchu na 9,8 m / s2 (dole), -9,8 m / s2 (hore), 0 m / s2 (pri absencii gravitačného zrýchlenia) alebo na inú hodnotu ?
Z teoretického aj praktického hľadiska bude akýkoľvek výsledok, ktorý sa neočakáva +9,8 m / s2, úplne revolučný.
Analóg antihmoty pre každú časticu hmoty by mal mať:
- rovnakú hmotnosť
- rovnaké zrýchlenie v gravitačnom poli
- opačný elektrický náboj
- proti smeru otáčania
- rovnaké magnetické vlastnosti
- by sa mali rovnakým spôsobom viazať na atómy, molekuly a väčšie štruktúry
- by mal mať rovnaké spektrum pozitrónových prechodov v rôznych konfiguráciách.
Niektoré z týchto vlastností boli merané v priebehu času: zotrvačná hmotnosť antihmoty, elektrický náboj, spin a magnetické vlastnosti sú dobre známe a študované. Väzbové a prechodné vlastnosti boli merané inými detektormi v experimente ALPHA a sú v súlade s predikciami fyziky častíc.
Ak sa však gravitačné zrýchlenie ukáže byť skôr negatívnym než pozitívnym, doslova zmení svet hore nohami.
V súčasnosti neexistuje nič ako gravitačný dirigent. Na elektrickom vodiči žijú bezplatné náboje na povrchu a môžu sa pohybovať, čím sa prerozdeľujú v reakcii na akékoľvek nabitie v okolí. Ak máte elektrický náboj mimo elektrického vodiča, vnútorná strana vodiča bude chránená pred týmto zdrojom elektrickej energie.
Neexistuje však spôsob, ako sa chrániť pred gravitačnou silou. Neexistuje spôsob, ako naladiť jednotné gravitačné pole v špecifickej oblasti priestoru, napríklad medzi paralelnými doskami elektrického kondenzátora. Spôsobí? Na rozdiel od elektrickej sily, ktorá je generovaná kladnými a zápornými nábojmi, existuje iba jeden druh gravitačného „náboja“- hmotnosť / energia. Gravitačná sila vždy priťahuje a nie je možné ju zmeniť.
Ale ak máte negatívnu gravitačnú masu, všetko sa zmení. Ak antihmota skutočne prejavuje antigravitačné vlastnosti, spadne a nie klesne, potom vo svetle gravitácie pozostáva z antihmoty alebo anti-energie. Podľa zákonov fyziky, ako ich poznáme, neexistuje antihmota ani anti-energia. Vieme si ich predstaviť a predstaviť si, ako by sa správali, ale očakávame, že antihmota bude mať normálnu hmotu a normálnu energiu, pokiaľ ide o gravitáciu.
Ak existuje antihmota, mnoho technologických pokrokov, o ktorých snívajú autori sci-fi už mnoho rokov, sa náhle stane fyzicky uskutočniteľnými.
- Môžeme vytvoriť gravitačný dirigent tým, že sa chránime pred gravitačnými silami.
- Môžeme vytvoriť gravitačný kondenzátor v priestore a vytvoriť umelé gravitačné pole.
- Mohli by sme dokonca vytvoriť osnovný pohon, pretože by sme mali schopnosť deformovať časoprostor rovnakým spôsobom, ako to vyžaduje matematické riešenie všeobecnej relativity, ktoré navrhol Miguel Alcubierre v roku 1994.
Je to neuveriteľná príležitosť, ktorú všetci teoretickí fyzici považujú za takmer nemožnú. Ale bez ohľadu na to, aké sú vaše teórie divoké alebo nemysliteľné, musíte ich podporiť alebo vyvrátiť výlučne experimentálnymi údajmi. Iba meraním a testovaním vesmíru viete presne, ako fungujú jeho zákony.
Pokiaľ nemeriame gravitačné zrýchlenie antihmoty s presnosťou potrebnou na určenie, či klesá alebo klesá, musíme byť otvorení možnosti, že príroda sa nespráva tak, ako ju očakávame. Zásada rovnocennosti nemusí fungovať v prípade antihmoty; môže to byť 100% anti-princíp. A v tomto prípade sa otvorí svet úplne nových možností. Odpoveď nájdeme o niekoľko rokov uskutočnením jednoduchého experimentu: vložte antiatom do gravitačného poľa a zistite, ako bude klesať.
Ilja Khel