Eno najbolj presenetljivih dejstev v znanosti je, kako univerzalni so naravni zakoni. Vsak delček upošteva ista pravila, doživlja iste sile, obstaja v istih temeljnih konstantah, ne glede na to, kje in kdaj je. Z vidika gravitacije vsak posamezni del Vesolja doživi enak gravitacijski pospešek ali isto ukrivljenost prostora-časa, ne glede na to, katere lastnosti ima.
Vsekakor izhaja iz teorije. V praksi je nekatere stvari zelo težko izmeriti. Fotoni in navadni stabilni delci padajo enako, kot je bilo pričakovano, v gravitacijskem polju, in Zemlja sili kateri koli masični delček, da pospeši proti središču s hitrostjo 9,8 m / s2. Toda ne glede na to, kako smo se trudili, nikoli nismo mogli izmeriti gravitacijskega pospeška antimaterije. Pospeševal bi moral na enak način, a dokler ga ne izmerimo, ne moremo biti prepričani. Eden od poskusov je namenjen iskanju odgovora na to vprašanje, enkrat za vselej. Glede na to, kaj ugotovi, smo morda korak bližje znanstveni in tehnološki revoluciji.
Ali obstaja protigravitacija?
Tega se morda ne zavedate, vendar obstajata dva povsem različna načina, kako predstaviti množico. Po eni strani je masa, ki se pospeši, ko nanjo pritisnete silo: to je m v Newtonovi znameniti enačbi, kjer je F = ma. Enako je z Einsteinovo enačbo E = mc2, iz katere lahko izračunaš, koliko energije potrebuješ, da ustvariš delec (ali antidelec) in koliko energije dobiš, ko se uniči.
Obstaja pa še ena masa: gravitacijska. To je masa, m, ki se pojavi v enačbi teže na Zemljini površini (W = mg) ali Newtonovem gravitacijskem zakonu, F = GmM / r2. V primeru navadne materije vemo, da morata biti ti dve masi - inercialna in gravitacijska masa - enaki najbližjemu 1 delu v 100 milijardami, zahvaljujoč eksperimentalnim omejitvam, ki jih je pred 100 leti postavil Laurent Eotvos.
Pri antimateriji pa vsega tega nikoli ne bi mogli izmeriti. Na antimaterijo smo uporabili ne gravitacijske sile in videli, da se pospešuje; ustvarili in uničili antimaterijo; natančno vemo, kako se obnaša njegova inercialna masa - tako kot inercialna masa navadne snovi. F = ma in E = mc2 pri antimateriji deluje enako kot pri navadni snovi.
Če pa želimo spoznati gravitacijsko vedenje antimaterije, teorije preprosto ne moremo vzeti za osnovo; meriti ga moramo. Na srečo je v teku eksperiment, ki bo natančno ugotovil: eksperiment ALPHA v CERN-u.
Promocijski video:
Eden od velikih prebojev, ki se je zgodil v zadnjem času, je ustvarjanje ne le delcev iz antimaterije, ampak tudi nevtralnih, stabilno vezanih stanj v njih. Antiprotone in pozitrone (antielektrone) lahko ustvarite, upočasnite in prisilite medsebojno delovanje, da tvorijo nevtralen antihidroggen. S kombinacijo električnega in magnetnega polja lahko omejimo te antiatome in jih vzdržujemo stran od materije, kar bi pri trčenju povzročilo uničevanje.
Uspešno jih lahko vzdržujemo stabilnih 20 minut naenkrat, kar je veliko dlje od mikrosekundnih časovnih okvirov, ki jih običajno doživljajo nestabilni temeljni delci. Na njih smo izstrelili fotone in ugotovili, da imajo enak spekter emisije in absorpcije kot atomi. Ugotovili smo, da so lastnosti antimaterije enake, kot jih predvideva standardna fizika.
Razen gravitacijskih, seveda. Novi detektor ALPHA-g, zgrajen v kanadski tovarni TRIUMF in poslan v CERN v začetku tega leta, naj bi izboljšal meje gravitacijskega pospeška antimaterije do kritičnega praga. Ali antimaterija pospeši v prisotnosti gravitacijskega polja na Zemljini površini na 9,8 m / s2 (navzdol), -9,8 m / s2 (navzgor), 0 m / s2 (brez gravitacijskega pospeška) ali na kakšno drugo vrednost ?
S teoretičnega in praktičnega vidika bo vsak rezultat, razen pričakovanih +9,8 m / s2, popolnoma revolucionarni.
Za vsak delček snovi bi moral biti analog antimaterije:
- enaka masa
- isti pospešek v gravitacijskem polju
- nasprotni električni naboj
- nasprotni spin
- enake magnetne lastnosti
- naj se na enak način vežejo v atome, molekule in večje strukture
- mora imeti enak spekter pozitronskih prehodov v različnih konfiguracijah.
Nekatere od teh lastnosti so bile merjene skozi čas: inercialna masa antimaterije, električni naboj, spin in magnetne lastnosti so dobro znane in preučene. Vezivne in prehodne lastnosti so merili drugi detektorji v poskusu ALPHA in so v skladu s predvidevanji fizike delcev.
Če pa se bo gravitacijski pospešek izkazal za negativnega in ne pozitivnega, bo svet dobesedno obrnil na glavo.
Trenutno gravitacijskega prevodnika ni. Na električnem vodniku brezplačni naboji živijo na površini in se lahko premikajo, prerazporedijo se kot odziv na morebitne naboje v bližini. Če imate električni naboj zunaj električnega vodnika, bo notranjost prevodnika zaščitena pred tem virom električne energije.
Ni pa načina, da se zaščitimo pred silo gravitacije. Na določenem območju prostora ni mogoče prilagoditi enotnega gravitacijskega polja, na primer med vzporednimi ploščami električnega kondenzatorja. Vzrok? Za razliko od električne sile, ki jo ustvarjajo pozitivni in negativni naboji, obstaja samo ena vrsta gravitacijskega "naboja" - masa / energija. Gravitacijska sila vedno privlači in je ni mogoče spremeniti.
Če pa imate negativno gravitacijsko maso, se vse spremeni. Če antimaterija dejansko kaže protigravitacijske lastnosti, pade navzgor in ne navzdol, potem je v luči gravitacije sestavljena iz proti-mase ali protienergije. Po zakonih fizike, kakršne poznamo, ni proti masi ali protienergiji. Lahko si jih predstavljamo in si predstavljamo, kako bi se obnašali, pričakujemo pa, da ima antimaterija normalno maso in normalno energijo, ko gre za gravitacijo.
Če bo obstajala proti-masa, bo številni tehnološki napredek, o katerem so pisatelji znanstvene fantastike sanjali že vrsto let, nenadoma postal fizično izvedljiv.
- Gravitacijski prevodnik lahko ustvarimo tako, da se zaščitimo pred gravitacijskimi silami.
- Lahko ustvarimo gravitacijski kondenzator v vesolju in ustvarimo umetno gravitacijsko polje.
- Lahko bi celo ustvarili warp pogon, saj bi imeli možnost deformacije vesolja na enak način, kot to zahteva matematična rešitev splošne relativnosti, ki jo je leta 1994 predlagal Miguel Alcubierre.
To je neverjetna priložnost, ki jo vsi teoretični fiziki ocenjujejo skoraj nemogoče. Ne glede na to, kako divje ali nepredstavljive so vaše teorije, jih morate podpirati ali ovržiti izključno z eksperimentalnimi podatki. Šele z merjenjem in testiranjem vesolja lahko natančno veste, kako delujejo njegovi zakoni.
Dokler gravitacijskega pospeška antimaterije ne izmerimo s natančnostjo, ki je potrebna za določitev, ali pada ali navzdol, moramo biti odprti za možnost, da se narava ne obnaša tako, kot jo pričakujemo. Načelo enakovrednosti morda ne deluje pri antimateriji; lahko je 100-odstotno proti principu. In v tem primeru se bo odprl svet popolnoma novih možnosti. Odgovor bomo izvedeli čez nekaj let z enostavnim poskusom: v gravitacijsko polje vstavimo antiatom in videli bomo, kako bo padel.
Ilya Khel