Антигравитация — возможна? Наука обещает выяснить это очень скоро

8th November 2018, Илья Хель 26

Одним из самых удивительных фактов в науке является то, насколько универсальны законы природы. Каждая частица подчиняется одним и тем же правилам, испытывает одни и те же силы, существует в одних и тех же фундаментальных константах, независимо от того, где и когда находится. С точки зрения гравитации каждая отдельная частичка Вселенной испытывает одно и то же гравитационное ускорение или же одну и ту же кривизну пространства-времени, независимо от того, какими свойствами обладает.

Во всяком случае, так следует из теории. На практике же некоторые вещи измерить бывает очень трудно. Фотоны и обычные стабильные частицы одинаково падают, как и ожидается, в гравитационном поле, и Земля заставляет любую массивную частицу ускоряться по направлению к ее центру со скоростью 9,8 м/с2. Но как бы мы ни пытались, нам ни разу не удалось измерить гравитационное ускорение антиматерии. Она обязана ускоряться так же, но пока мы не измерим, мы не можем быть уверены. Один из экспериментов направлен на то, чтобы найти ответ на этот вопрос, раз и навсегда. В зависимости от того, что он найдет, мы можем оказаться на шаг ближе к научно-технической революции.

Существует ли антигравитация?

Возможно, вы этого не осознаете, но есть два совершенно разного способа представить массу. С одной стороны, существует масса, которая ускоряется, когда вы применяете к ней силу: это m в знаменитом уравнении Ньютона, где F = ma. То же самое и в уравнении Эйнштейна E = mc2, из которого вы можете рассчитать, сколько энергии вам нужно для создания частицы (или античастицы) и сколько энергии вы получите, когда она аннигилирует.

Но есть и другая масса: гравитационная. Это масса, m, которая появляется в уравнении веса на поверхности Земли (W = mg) или в гравитационном законе Ньютона, F = GmM/r2. В случае с обычной материей нам известно, что эти две массы — инерциальная и гравитационная массы — должны быть равны с точностью до 1 части на 100 миллиардов, благодаря экспериментальным ограничениям, установленным более 100 лет назад Лораном Этвешем.

Но в случае с антиматерией мы никогда не могли все это измерить. Мы применяли негравитационные силы к антиматерии и видели, как она ускоряется; мы создавали и уничтожали антиматерию; мы точно знаем, как ведет себя ее инерционная масса — точно так же, как инерционная масса обычного вещества. F = ma и E = mc2 работает в случае с антиматерией так же, как и с обычной материей.


Но если мы хотим узнать гравитационное поведение антиматерии, мы не можем просто взять за основу теорию; нам придется измерить ее. К счастью, в настоящее время проводится эксперимент, задача которого выяснить именно это: эксперимент ALPHA в ЦЕРН.

Одним из больших прорывов, случившихся за последнее время, стало создание не только частиц из антиматерии, но и нейтральных, устойчивых связанных состояний в них. Антипротоны и позитроны (антиэлектроны) могут быть созданы, замедлены и принуждены взаимодействовать друг с другом с образованием нейтрального антиводорода. Используя комбинацию электрических и магнитных полей, мы можем ограничить эти антиатомы и поддерживать их в стабильном состоянии вдали от материи, которая приведет к аннигиляции в случае столкновения.

Нам удалось успешно поддерживать их в стабильном состоянии в течение 20 минут за раз, что намного превышает микросекундные временные масштабы, которые обычно переживают нестабильные фундаментальные частицы. Мы обстреливали их фотонами и обнаружили, что они имеют те же спектры излучения и абсорбции, что и атомы. Мы определили, что свойства антиматерии такие же, как предсказывает стандартная физика.

За исключением гравитационных, конечно. Новый детектор ALPHA-g, построенный на канадской фабрике TRIUMF и отправленный в ЦЕРН в начале этого года, должен улучшить пределы гравитационного ускорения антивещества до критического порога. Ускоряется ли антиматерия в присутствии гравитационного поля на поверхности Земли до 9,8 м/с2 (вниз), -9,8 м/с2 (вверх), 0 м/с2 (в отсутствие гравитационного ускорения) или же до какой-либо другой величины?

Как с теоретической, так и с практической точки зрения, любой результат, отличный от ожидаемого +9,8 м/с2, будет абсолютно революционным.

Аналог антивещества для каждой частицы материи должен иметь:

  • такую же массу
  • такое же ускорение в гравитационном поле
  • противоположный электрический заряд
  • противоположный спин
  • такие же магнитные свойства
  • должен связываться так же в атомы, молекулы и более крупные структуры
  • должен иметь такой же спектр позитронных переходов в разнообразных конфигурациях.

Некоторые из этих свойств измерялись в течение долгого времени: инерционная масса антиматерии, электрический заряд, спин и магнитные свойства хорошо известны, изучены. Связывающие и переходные свойства измерялись другими детекторами на эксперименте ALPHA и совпадают с предсказаниями физики элементарных частиц.

Но если гравитационное ускорение окажется отрицательным, а не положительным, это буквально перевернет мир вверх дном.

В настоящее время нет такого понятия, как гравитационный проводник. На электрическом проводнике свободные заряды живут на поверхности и могут перемещаться, перераспределяя себя в ответ на любые заряды поблизости. Если у вас есть электрический заряд за пределами электрического проводника, внутренность проводника будет экранирована от этого источника электричества.

Но защититься от силы тяготения нет никакого способа. Нет никакого способа настроить равномерное гравитационное поле в определенной области пространства, как, например, между параллельными пластинами электрического  конденсатора. Причина? В отличие от электрической силы, которая генерируется положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного «заряда» — масса/энергия. Гравитационная сила всегда притягивает и никак это не изменить.

Но если у вас будет отрицательная гравитационная масса, все меняется. Если антиматерия на самом деле проявляется антигравитационные свойства, падает вверх, а не вниз, то в свете гравитации она состоит из антимассы или антиэнергии. Согласно законам физики, которые мы знаем, антимассы или антиэнергии не существует. Мы можем представить их и представить, как они будут себя вести, но мы ожидаем, что антиматерия будет иметь нормальную массу и нормальную энергию, если речь о гравитации.

Если же антимасса действительно существует, множество технических достижений, о которых грезили писатели-фантасты многие годы, внезапно станет физически осуществимо.

  • Мы можем создать гравитационный проводник, оградив себя от гравитационной силы.
  • Мы можем создать гравитационный конденсатор в космосе и создать поле искусственной гравитации.
  • Мы могли бы даже создать варп-двигатель, поскольку получили бы способность деформировать пространство-время так же, как того требует математического решение общей теории относительности, предложенное Мигелем Алькубьерре в 1994 году.

Это невероятная возможность, которая считается практически невозможной всеми физиками-теоретиками. Но какими бы дикими или немыслимыми не были ваши теории, вы должны подкреплять их или опровергать исключительно экспериментальными данными. Только измеряя Вселенную и подвергая ее проверкам, вы можете точно узнать, как действуют ее законы.

Пока мы не измерим гравитационное ускорение антиматерии с точностью, необходимой для определения того, падает она вверх или вниз, мы должны быть открытыми для варианта, что природа ведет себя не так, как мы от нее ожидаем. Принцип эквивалентности может не работать в случае с антиматерии; он может быть на 100% антипринципом. И в таком случае откроется мир совершенно новых возможностей. Ответ мы узнаем через несколько лет, проведя простейший эксперимент: поместим антиатом в гравитационное поле и посмотрим, как он будет падать.

Вверх или вниз, сделаете ставку? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

26 комментариев Оставить свой

  1. baa

    Антимассу, если бы она существовала в природе, давно бы обнаружили астрономы.

    • Ilya81

      baa, Из антивещества в природе находили только позитроны, но из-за заряда и малой массы измерить последнюю нереально. Но антиматерии и не может существовать в нашем скоплении галактик - если антивещество притягивается, оно давно уже аннигилировало б, а если отталкивается - то, что не аннигилировало - улетело очень далеко, за миллиарды световых лет.

      • loijeje

        Ilya81, Масса втягивает в себя псевдопаутину континума, Антиматерия совсем не антиэнергия. Нужна антиэнергия которая выталкивала бы из себя псевдопаутину континума.

    • macss

      baa, Дотронуться до нашей Галактики!
      ... реакция аннигиляции начинается при температуре не ниже 6000 градусов
      и давлении в тысячи атмосфер. Эти условия соблюдены на Солнце и
      на Земле, на глубине 10- 40 километров.Все эти взрывы при землетрясениях
      и извержениях вулканов, результат реакции аннигиляции.
      Все вещества Солнечной системы , это смесь вещества и антивещества...

  2. Alex St

    Не нашел даты проведения эксперимента..

  3. Ieronim Kosh

    Автор пишет грамотно и, главное, очень доступно -такое для физика (даже студента) сегодня - редкость ! Я прочитал кучу книжек знаменитого популяризатора науки Якова Перельмана. Стиль изложения чем-то похож на стиль этой статьи. Илья Хель, не хотели бы попробовать себя на этом поприще ? Буду рад посмотреть и другие Ваши работы.
    По поводу антигравитации вообще. О практическом применении сейчас можно только мечтать, это как Ломоносову в свое время - разве мог присниться реальный электродвигатель ? Помните, как они с Риманом металлический стержень на крыше избы установили, железную цепь через окно затянули, подвесили медный шар... А потом, во время грозы (!) демонстрировали барышням, как от шара - искры сыплются... Блин, как они избу не сожгли, как их там всех не поубивало ? Это же чудовищная энергия (миллионы вольт, сотни тысяч ампер)...
    По поводу направления вектора (ускорения антиатома) в предстоящем эксперименте. Даже если его модуль окажется нулевым (то есть антиатом ни "вверх", ни "вниз" не сдвинется), это можно расценить не только, как отсутствие антигравитационной составляющей, но и как КОМПЕНСИРОВАНИЕ ее земным гравитационным полем (уверен, могут быть и другие причины, искривление пространства, движение "мимо" континуума - гравитация, все-таки (!). Грубо говоря, отсутствие результата - тоже результат. Что можно предпринять в таком случае, интересно ? Или я чушь порю ?

  4. nuseni

    Предлагаю провести другой эксперимент. Взять пластину и непосрдственно на одной стороне поверхности аннигилировать материю и антиматерию. Наблюдения вести за пластиной. В результате аннигиляции на одной сторое пластины должно образоваться меньшее давление эфира и платина должна двигаться в эту сторону.

  5. triodpentod

    Схема установки Подклетнова для экранирования гравитации всем хорошо известна :
    nkj.ru/archive/articles/8146/

    • Editor54

      triodpentod, Также всем хорошо известно, что это фейк. Дичь эта, несмотря на явный абсурд, была проверена неоднократно в разных условиях разными лабораториями.

      • triodpentod

        Editor54, Это обычные механизмы отбоя после важных утечек

  6. Kirill_Yurich

    Получается что антиматерия с помощью антигравитации "выдавливается" из звёздных систем типа нашей солнечной, затем по каналу наименьшей гравитации выдавливается от центра галактики в межгалактическое пространство и там зависает на точках типа антилагранжа, образуя пузыри в центрах которых висят галактики. Ну и возможно выдавливается ещё дальше от великих стен и аттракторов, всё равно образуя просто великие пузыри с висящими в центре генераторами гравитации. Вот туда надо долететь и черпать её (антиматерию), большими вёдрами.

  7. Putnik1964

    > Каждая частица подчиняется одним и тем же правилам, испытывает одни и те же силы, существует в одних и тех же фундаментальных константах, независимо от того, где и когда находится.

    Это неправда.

    К примеру, нейтрино или нейтрон не испытывают силы электростатического притяжения или отталкивания. А электроны и протоны - испытывают.

  8. Putnik1964

    > Нет никакого способа настроить равномерное гравитационное поле в определенной области пространства, как, например, между параллельными пластинами электрического конденсатора.

    Странное заявление. :-)

    Если мы возьмём 2 параллельные друг другу массивные плоскости (допустим - обе бесконечного размера), то какого вида будет гравитационное поле между ними? ;-)
    Неужели оно будет сферичным? :-))

  9. Putnik1964

    > Но какими бы дикими или немыслимыми не были ваши теории, вы должны подкреплять их или опровергать исключительно экспериментальными данными.

    ... ваши гипотезы ...
    Сплошная каша в терминах. :-(

    А сам эксперимент конечно нужный.
    Проверить это дело нужно.

    Лично я думаю, что результат будет вполне ожидаемый - никаких сенсаций. Антиматерия будет падать в грав. поле точно также как и обычная материя. Шансов на это 99,9999(9) из 100.

    • Ieronim Kosh

      Putnik1964, Я не специалист, но помню из курса физики, что античастица тоже обладает массой, только спин и заряд у нее противоположные. Или я не прав ? А раз массой обладает - значит, с гравитационным полем - взаимодействует.

      • Putnik1964

        Ieronim, Вы правы, античастицы тоже обладают массой.

        В физике различают гравитационную массу и инерционную. В данном случае (в курсе физики) речь идёт об инерционной массе античастиц.
        А вот их гравитационную массу и хотят теперь проверить в эксперименте. Собственно в этом и новость. :-)

  10. Putnik1964

    > Мы можем создать гравитационный конденсатор в космосе и создать поле искусственной гравитации.

    Это давно уже можно сделать. :-)
    И это совсем технически несложно.

    Возьмите 2 полые близко и параллельно расположенные пластины достаточного размера.
    Пусть они будут в космосе, вдали от любого массивного объекта.

    1. Когда в их полостях этих пластин вакуум, гравитационное поле между пластинами всё равно будет.
    2. Заполните полости любым газом. Напряженность грав. поля меж пластинами несколько увеличится.
    3. Вытесните газ в полостях к примеру водой. Напряженность грав. поля меж пластинами ещё сильнее увеличится.
    4. Вытесните воду в полостях ртутью. Напряженность грав. поля меж пластинами ещё увеличится в разы.

    Обычный гравитационный конденсатор. :-)
    В космосе.

    • Putnik1964

      Putnik1964, до кучи:
      Если по змеевику прокачивать к примеру жидкость, то получим гравитационную "индуктивную катушку". :-)

  11. Ultimatemind

    Страшная новость для Рогозина, разработку батутов придется прекратить )))

    • Putnik1964

      Ultimatemind, это скорее для Вас "страшная новость"... :-)
      Рогозин батуты не разрабатывает и не производит. И никогда этим не занимался.

      Россия это не Америка. ;-))

      • Ultimatemind

        Putnik1964, Так вот от чего зонд Паркер так быстро летит, разогнан звездно-полосатым батутиком )))

        • Putnik1964

          Ultimatemind, Вы вроде начали с "батутов" (для астронавтов, по словам Рогозина)...

          Теперь пишите о зонде Паркера.
          У Вас с логикой совсем плохо? ;-)
          Или Вы считаете, что на этом зонде американцы отправили в космос своих астронавтов? :-)))

  12. Ieronim Kosh

    Интересно, а Ньютоновская физика могла бы объяснить или описать явление антигравитации ? Кто скажет ?

    • Putnik1964

      Ieronim, Ньютоновская физика не может объяснить и что-такое гравитация... :-)

  13. Ieronim Kosh

    Почему не падает вращающаяся юла или едущий велосипед ?

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.