Das Verziehen der Raumzeit im Allgemeinen relativistischen Bild durch Gravitationsmassen ist was… verursacht die Gravitationskraft. Es wird angenommen, aber nicht experimentell verifiziert, dass sich Antimaterie-Massen in einem Gravitationsfeld genauso verhalten wie Materie-Massen.
LIGO / T. Pyle
Eine der erstaunlichsten Fakten über die Wissenschaft ist, wie universell die Naturgesetze anwendbar sind., Jedes Teilchen gehorcht den gleichen Regeln, erfährt die gleichen Kräfte und sieht die gleichen Grundkonstanten, egal wo oder wann sie existieren. Gravitativ erlebt jedes einzelne Wesen im Universum, je nachdem, wie Sie es betrachten, entweder die gleiche Gravitationsbeschleunigung oder die gleiche Krümmung der Raumzeit, egal welche Eigenschaften es besitzt.
Zumindest ist das, was die Dinge sind wie in der Theorie. In der Praxis sind einige Dinge notorisch schwer zu messen., Photonen und normale, stabile Teilchen fallen wie erwartet in ein Gravitationsfeld, wobei die Erde dazu führt, dass jedes massive Teilchen mit 9,8 m/s2 in Richtung seines Zentrums beschleunigt. Trotz unserer Bemühungen haben wir jedoch nie die Gravitationsbeschleunigung der Antimaterie gemessen. Es sollte genau so beschleunigen, aber bis wir es messen, können wir es nicht wissen. Ein Experiment versucht, die Sache ein für allemal zu entscheiden. Je nachdem, was es findet, könnte es nur der Schlüssel zu einer wissenschaftlichen und technologischen Revolution sein.,
Trajektorien von Antihydrogenatomen aus dem ALPHA-Experiment. Wir können sie bis zu 20 Jahre stabil halten… jetzt Minuten nacheinander, und zu messen, wie sie sich in einem Gravitationsfeld verhalten, ist der nächste logische Schritt.
Chukman So / University of California, Berkeley
Das merkt man vielleicht nicht, aber es gibt zwei völlig unterschiedliche Denkweisen über Masse. Einerseits beschleunigt sich die Masse, wenn man eine Kraft auf sie ausübt: das m in Newtons berühmter Gleichung, F = ma., Dies ist das gleiche wie das m in Einsteins E = mc2, das Ihnen sagt, wie viel Energie Sie benötigen, um ein Teilchen (oder Antiteilchen) zu erzeugen, und wie viel Energie Sie erhalten, wenn Sie es vernichten.
Aber es gibt noch eine andere Masse da draußen: Gravitationsmasse. Dies ist die Masse m, die in der Gleichung für das Gewicht an der Erdoberfläche (W = mg) oder im Newtonschen Gravitationsgesetz F = GmM/r2 erscheint., Für normale Materie wissen wir, dass diese beiden Massen — Trägheitsmasse und Gravitationsmasse — dank experimenteller Einschränkungen aus einem Setup, das vor über 100 Jahren von Loránd Eötvös entworfen wurde, ungefähr 1 Teil in 100 Milliarden betragen müssen.
Newtons Gesetz der universellen Gravitation (L) und Coulombs Gesetz für Elektrostatik (R) haben fast… identische Formen. Wenn das ‚ m ‚ in der Gravitationskraft ein negatives Vorzeichen für Antimaterie erhält, sollten kommende Experimente es enthüllen.
Dennis Nilsson / RJB1 / E., Siegel
Für Antimaterie konnten wir dies jedoch noch nie messen. Wir haben Nicht-Gravitationskräfte auf Antimaterie angewendet und gesehen, wie sie beschleunigt wurde, und wir haben auch Antimaterie geschaffen und vernichtet; Wir sind sicher, wie sich ihre Trägheitsmasse verhält, und es ist genau das gleiche wie die Trägheitsmasse normaler Materie. Sowohl F = ma als auch E = mc2 funktionieren für Antimaterie genauso wie für normale Materie.
Aber wenn wir wissen wollen, wie sich Antimaterie gravitativ verhält, können wir nicht einfach von dem abweichen, was wir theoretisch erwarten; wir müssen es messen., Glücklicherweise gibt es jetzt ein Experiment, das genau das tun sollte: das ALPHA-Experiment am CERN.
Die ALPHA-Kollaboration ist jedem Experiment zur Messung des neutralen Verhaltens am nächsten gekommen… Antimaterie in einem Gravitationsfeld. Mit dem kommenden ALPHA-g-Detektor, könnten wir endlich die Antwort wissen.
Maximilien Brice / CERN
Einer der großen Schritte, die in letzter Zeit unternommen wurden, ist die Schaffung nicht nur Antimaterie-Teilchen, sondern neutraler, stabiler gebundener Zustände., Antiprotonen und Positronen (Antielektronen) können erzeugt, verlangsamt und gezwungen werden, miteinander zu interagieren, wo sie neutralen Anti-Wasserstoff bilden. Durch die Verwendung einer Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern können wir diese Antiatome einschränken und stabil halten, weg von der Materie, die sie vernichten würde.
Wir haben sie erfolgreich etwa 20 Minuten lang stabil gehalten, weit über die Mikrosekunden-Zeitskalen hinaus, die instabile, fundamentale Teilchen überleben. Wir haben sie mit Photonen getroffen und festgestellt, dass sie die gleichen Emissions-und Absorptionsspektren wie Atome haben., In jeder Hinsicht haben wir festgestellt, dass die Eigenschaften der Antimaterie genau so sind, wie es die Standardphysik vorhersagt.
Der ALPHA-g-Detektor, der in Kanadas Teilchenbeschleunigeranlage TRIUMF gebaut wurde, ist der erste seiner Art… art entwickelt, um die Wirkung der Schwerkraft auf Antimaterie zu messen. Bei vertikaler Ausrichtung sollte gemessen werden können, in welche Richtung Antimaterie fällt und in welcher Größe.
Stu
Außer natürlich gravitativ., Der neue ALPHA-g-Detektor, der in Kanadas TRIUMF-Anlage gebaut und Anfang dieses Jahres an das CERN ausgeliefert wurde, sollte die Grenzen der Gravitationsbeschleunigung von Antimaterie bis zur kritischen Schwelle verbessern. Beschleunigt Antimaterie in Gegenwart des Gravitationsfeldes auf der Erdoberfläche bei +9,8 m/s2 (nach unten), bei -9,8 m/s2 (nach oben), bei 0 m / s2 (überhaupt keine Gravitationsbeschleunigung) oder einem anderen Wert?
Sowohl theoretisch als auch anwendungstechnisch wäre jedes andere Ergebnis als das erwartete +9.8 m/s2 absolut revolutionär.,
Wenn es irgendeine Art von Materie gäbe, die eine negative Gravitationsladung hätte,würde sie abgestoßen… die Materie und Energie, die wir kennen.,
Muu-karhu von Wikimedia Commons
Das Antimaterie-Gegenstück jedes Materie-Teilchens sollte haben:
- die gleiche Masse,
- die gleiche Beschleunigung in einem Gravitationsfeld,
- die entgegengesetzte elektrische Ladung,
- der entgegengesetzte Spin,
- die gleichen magnetischen Eigenschaften,
- sollte auf die gleiche Weise zu Atomen, Molekülen und Molekülen zusammenbinden.größere Strukturen,
- und sollten in diesen unterschiedlichen Konfigurationen das gleiche Spektrum an Positronenübergängen aufweisen.,
Einige davon wurden schon lange gemessen: Die Trägheitsmasse, die elektrische Ladung, der Spin und die magnetischen Eigenschaften der Antimaterie sind bekannt. Seine Bindungs-und Übergangseigenschaften wurden von anderen Detektoren im ALPHA-Experiment gemessen und stimmen mit den Vorhersagen der Teilchenphysik überein.
Aber wenn die Gravitationsbeschleunigung negativ statt positiv zurückkommt, würde sie die Welt buchstäblich auf den Kopf stellen.
Die Möglichkeit der künstlichen Schwerkraft ist verlockend, aber sie hängt von der Existenz ab…, von negativer Gravitationsmasse. Antimaterie mag diese Masse sein, aber experimentell wissen wir es noch nicht.
andua / CERN
Derzeit gibt es keinen Gravitationsleiter. Auf einem elektrischen Leiter leben freie Ladungen auf der Oberfläche und können sich bewegen, wobei sie sich als Reaktion auf andere Ladungen umverteilen. Wenn Sie eine elektrische Ladung außerhalb eines elektrischen Leiters haben, wird das Innere des Leiters von dieser elektrischen Quelle abgeschirmt.
Aber es gibt keine Möglichkeit, sich vor der Gravitationskraft zu schützen., Es gibt auch keine Möglichkeit, ein gleichmäßiges Gravitationsfeld in einem Raumbereich einzurichten, wie Sie es zwischen den parallelen Platten eines elektrischen Kondensators können. Der Grund? Denn im Gegensatz zu der elektrischen Kraft, die durch positive und negative Ladungen erzeugt wird, gibt es nur eine Art von Gravitationsladung, und das ist Masse und Energie. Die Gravitationskraft ist immer attraktiv, und es gibt einfach keinen Weg, das zu umgehen.
– Schematische Darstellung eines Kondensators, bei dem zwei parallele leitende Platten sind gleich und entgegengesetzt…, ladungen, die ein gleichmäßiges elektrisches Feld zwischen ihnen erzeugen. Diese Konfiguration ist für die Schwerkraft unmöglich, es sei denn, es gibt irgendeine Form von negativer Gravitationsmasse.
Wikimedia Commons user Commons November
Aber wenn Sie negative Gravitationsmasse haben, ändert sich das alles. Wenn Antimaterie tatsächlich Anti-gravitiert und nach oben statt nach unten fällt, dann sieht die Schwerkraft es so, als ob sie aus Anti-Masse oder Anti-Energie besteht. Nach den Gesetzen der Physik, die wir derzeit verstehen, existieren Größen wie Antimasse oder Antienergie nicht., Wir können sie uns vorstellen und darüber sprechen, wie sie sich verhalten würden, aber wir erwarten, dass Antimaterie normale Masse und normale Energie hat, wenn es um die Schwerkraft geht.
Wenn es jedoch Anti-Masse gibt, dann würde eine Reihe großer technologischer Fortschritte, die von Science-Fiction-Autoren seit Generationen vorgestellt werden, plötzlich physisch möglich werden.
Die Virtuelle IronBird-tool für die CAM (Zentrifuge Unterkunft-Modul) ist eine Möglichkeit, zu erstellen… künstliche Schwerkraft, erfordert aber viel Energie und erlaubt nur eine sehr spezifische, zentrumssuchende Art von Kraft., Wahre künstliche Schwerkraft würde etwas erfordern, um sich mit negativer Masse zu verhalten.
NASA Ames
Wir können einen Gravitationsleiter bauen und uns von der Gravitationskraft abschirmen.
Wir können einen Gravitationskondensator im Weltraum einrichten, der ein einheitliches künstliches Schwerefeld erzeugt.
Wir könnten sogar Warpantrieb erzeugen, da wir die Fähigkeit erlangen würden, die Raumzeit genau so zu verformen, wie es eine mathematische Lösung für die Allgemeine Relativitätstheorie erfordert, die Miguel Alcubierre 1994 entdeckt hat.,
Die Alcubierre-Lösung für die allgemeine Relativitätstheorie ermöglicht Bewegungen ähnlich dem Warpantrieb. Diese Lösung… benötigt negative Gravitationsmasse, die genau das sein könnte, was Antimaterie liefern könnte.
Wikimedia Commons user AllenMcC
Es ist eine unglaubliche Möglichkeit, die von praktisch allen theoretischen Physikern als äußerst unwahrscheinlich angesehen wird., Aber egal wie wild oder zahm Ihre Theorien sind, Sie müssen sie unbedingt mit experimentellen Daten konfrontieren; Nur wenn Sie das Universum messen und auf die Probe stellen, können Sie jemals genau bestimmen, wie die Naturgesetze funktionieren.
Bis wir die Gravitationsbeschleunigung der Antimaterie mit der Präzision messen, die notwendig ist, um festzustellen, ob sie auf oder ab fällt, müssen wir uns offen halten für die Möglichkeit, dass sich die Natur nicht so verhält, wie wir es erwarten. Das Äquivalenzprinzip gilt möglicherweise nicht für Antimaterie; Es kann tatsächlich 100% anti-wahr sein., Aber wenn das der Fall ist, wird eine ganz neue Welt der Möglichkeiten freigeschaltet. Wir könnten die derzeit bekannten Grenzen dessen ändern, was Menschen im Universum erschaffen können. Und wir werden die Antwort in nur wenigen Jahren durch das einfachste aller Experimente lernen: Ein Antiatom in ein Gravitationsfeld zu bringen und zu beobachten, in welche Richtung es fällt.
