vridningen af rumtid, i det generelle relativistiske billede, af gravitationelle masser er hvad… forårsager tyngdekraften. Det antages, men ikke eksperimentelt verificeret, at antimattermasser vil opføre sig det samme som stofmasser i et gravitationsfelt.
LIGO/T. Pyle
en af de mest forbløffende fakta om videnskab er, hvor universelt anvendelige naturlovene er., Hver partikel adlyder de samme regler, oplever de samme kræfter og ser de samme grundlæggende konstanter, uanset hvor eller hvornår de findes. Tyngdekraft, hver enkelt enhed i Universet oplevelser, afhængigt af hvordan du ser på det, er enten de samme tyngdeaccelerationen eller den samme krumning af rumtiden, uanset hvilke egenskaber den besidder.
i det mindste er det sådan, tingene er i teorien. I praksis er nogle ting notorisk vanskelige at måle., Fotoner og normale, stabile partikler falder begge som forventet i et gravitationsfelt, hvor Jorden får enhver massiv partikel til at accelerere mod sit centrum Ved 9.8 m/s2. På trods af vores bedste indsats har vi dog aldrig målt tyngdeaccelerationen af antimaterie. Det burde accelerere på samme måde, men indtil vi måler det, kan vi ikke vide det. Et eksperiment forsøger at afgøre sagen, en gang for alle. Afhængigt af hvad den Finder, kan det bare være nøglen til en videnskabelig og teknologisk revolution.,
baner for antihydrogenatomer fra Alfa-eksperimentet. Vi kan holde dem stabile i op til 20… minutter ad gangen nu, og måling af, hvordan de opfører sig i et gravitationsfelt, er det næste logiske trin.
Chukman Så/University of California, Berkeley
Du er måske ikke klar over det, men der er to helt forskellige måder at tænke på massen. På den ene side er der massen, der accelererer, når du anvender en kraft på den: m i Ne .tons berømte ligning, F = ma., Dette er det samme som m i Einsteins E = mc2, der fortæller dig, hvor meget energi du behøver for at skabe en partikel (eller antiparticle), og hvor meget energi, du får, når du udrydde det væk.
men der er en anden masse derude: gravitationel masse. Dette er den masse, m, der vises i ligningen for vægt på jordens overflade (mg = mg), eller i Ne .tons gravitationslov, F = GmM/r2., Til normalt stof, vi ved, at disse to messer — inertiel masse og gravitationel masse — skal være lig med noget i retning af 1 del i 100 mia, tak til eksperimentelle begrænsninger fra en opsætning designet for over 100 år siden af Eötvös Loránd.
Newtons lov om universel gravitation (L) og Coulomb ‘ s lov for elektrostatik (R) har næsten… identiske former. Hvis’ m ‘ i tyngdekraften opnår et negativt tegn på antimaterie, burde kommende eksperimenter afsløre det.
Dennis Nilsson / RJB1 / E., Siegel
for antimatter har vi dog aldrig været i stand til at måle dette overhovedet. Vi har anvendt ikke-gravitationelle kræfter til antistof og set det accelerere, og vi har oprettet og tilintetgjort antistof så godt; vi er sikker på, hvordan dens inertiel masse, der opfører sig, og det er nøjagtigt den samme som normale sagen er inertiel masse. Både F = ma og E = mc2 fungerer lige det samme for antimaterie, som de gør for normal sag.
men hvis vi vil vide, hvordan antimaterie opfører sig gravitationelt, kan vi ikke bare gå ud af det, vi teoretisk forventer; vi er nødt til at måle det., Heldigvis er der et eksperiment, der kører nu, som var designet til at gøre netop det: ALPHA-eksperimentet på CERN.
alfa-samarbejdet er kommet tættest på ethvert eksperiment til måling af adfærd neutral… antimatter i et gravitationsfelt. Med den kommende ALPHA-g-detektor ved vi måske endelig svaret.
Maximilien Brice/CERN
En af de store fremskridt, der er blevet taget for nylig, er skabelsen af ikke blot partikler af antistof, men neutral, stabilt bundet stater af det., Anti-protoner og positroner (anti-elektroner) kan skabes, sænkes og tvinges til at interagere med hinanden, hvor de danner neutralt anti-hydrogen. Ved at bruge en kombination af elektriske og magnetiske felter kan vi begrænse disse antiatomer og holde dem stabile, væk fra det stof, der ville få dem til at udslette.
Vi har med succes holdt dem stabile i omkring 20 minutter ad gangen, hvilket langt overstiger de mikrosekunder, som ustabile, grundlæggende partikler overlever. Vi har ramt dem med fotoner, opdage, at de har de samme emissions-og absorptionsspektre som atomer., På alle måder, der betyder noget, har vi fastslået, at antimatters egenskaber er nøjagtigt som standardfysik forudsiger dem at være.
alfa-g-detektoren, der er bygget på Canadas partikelacceleratoranlæg, TRIUMF, er den første af dens… art designet til at måle virkningen af tyngdekraften på antimaterie. Når den orienteres lodret, skal den være i stand til at måle, hvilken retning antimaterie falder, og i hvilken størrelse.
Stu Shepherd/TRIUMF
undtagen selvfølgelig gravitationelt., Den nye ALPHA-g-detektor, der blev bygget på Canadas TRIUMF-anlæg og sendt til CERN tidligere i år, skulle forbedre grænserne for gravitationsaccelerationen af antimaterie ned til den kritiske tærskel. Gør antistof fremskynde, i overværelse af den gravitationelle felt på overfladen af Jorden, i +9.8 m/s2 (ned), på -9.8 m/s2 (op), ved 0 m/s2 (ingen tyngdeaccelerationen på alle), eller en anden værdi?
fra både et teoretisk og et applikationsperspektiv ville ethvert andet resultat end det forventede +9.8 m / s2 være absolut revolutionerende.,
Hvis der var en slags stof, der havde negativ gravitationsladning, ville den blive afstødt af… den sag og energi, som vi er opmærksomme på.,
Muu-karhu Wikimedia Commons
antistof modstykke til hvert stof-partikel skal have:
- den samme masse,
- den samme acceleration i et tyngdefelt,
- modsat elektrisk ladning,
- det modsatte spin,
- den samme magnetiske egenskaber,
- skal bindes sammen på samme måde i atomer, molekyler og større strukturer,
- og bør have samme spektrum af positron overgange i disse varierede opsætninger.,
Nogle af disse er blevet målt i lang tid: antistof er inertiel masse, elektrisk ladning, spin og magnetiske egenskaber er velkendte. Dens bindings-og overgangsegenskaber er blevet målt af andre detektorer ved alfa-eksperimentet og stemmer overens med, hvad partikelfysik forudsiger.
men hvis gravitationsaccelerationen kommer tilbage negativ i stedet for positiv, ville det bogstaveligt talt vende verden på hovedet.
muligheden for at have kunstig tyngdekraft er fristende, men det er baseret på eksistensen…, af negativ gravitationel masse. Antimaterie kan være den masse, men vi ved det endnu ikke, eksperimentelt.
Rolf Landua/CERN
i øjeblikket er der ikke noget som en gravitationsleder. På en elektrisk leder, gratis afgifter lever på overfladen og kan bevæge sig rundt, omfordele sig selv som svar på, hvad andre afgifter er omkring. Hvis du har en elektrisk ladning uden for en elektrisk leder, vil indersiden af lederen være afskærmet fra den elektriske kilde.
men der er ingen måde at beskytte dig selv fra tyngdekraften., Der er ingen måde at oprette en ensartet gravitationsfelt i et område af rummet, enten, ligesom du kan mellem de parallelle plader af en elektrisk kondensator. Hvorfor? Fordi i modsætning til den elektriske kraft, der genereres af positive og negative ladninger, er der kun en type gravitations “ladning”, og det er masse-og-energi. Tyngdekraften er altid attraktiv, og der er simpelthen ingen vej rundt om det.
skematisk diagram af en kondensator, hvor to parallelle ledende plader har lige og modsatte…, afgifter, der skaber et ensartet elektrisk felt mellem dem. Denne konfiguration er umulig for tyngdekraften, medmindre der er en form for negativ gravitationel masse.kimedia Commons-bruger Papa November
men hvis du har negativ gravitationel masse, ændres alt dette. Hvis antimaterie faktisk anti-gravitates, falder op i stedet for ned, så ser tyngdekraften det som om det var lavet af anti-masse eller anti-energi. Under fysikkens love, som vi i øjeblikket forstår, eksisterer ikke mængder som anti-masse eller anti-energi., Vi kan forestille os dem og tale om, hvordan de ville opføre sig, men vi forventer, at antimaterie har normal masse og normal energi, når det kommer til tyngdekraften.
Hvis der findes anti-masse, ville en række store teknologiske fremskridt, forestillet af science-fiction forfattere i generationer, pludselig blive fysisk mulig.
det virtuelle IronBird-værktøj til CAM (Centrifuge Accommodation Module) er en måde at oprette… kunstig tyngdekraft, men kræver meget energi og tillader kun en meget specifik, centersøgende type kraft., Ægte kunstig tyngdekraft ville kræve noget at opføre sig med negativ masse.NASA Ames
Vi kan bygge en gravitationel leder og afskærme os fra tyngdekraften.
Vi kan oprette en gravitationskondensator i rummet, hvilket skaber et ensartet kunstigt tyngdekraftfelt.
Vi kunne endda oprette warparp drive, da vi ville få evnen til at deformere rumtid på nøjagtigt den måde, som en matematisk løsning på generel relativitet, opdaget af Miguel Alcubierre i 1994, kræver.,
Alcubierre-løsningen til generel relativitet, hvilket muliggør bevægelse svarende til warparpdrev. Denne løsning… kræver negativ gravitationel masse, hvilket kan være præcis, hvad antimaterie kan give.
userikimedia Commons-bruger AllenMcC
det er en utrolig mulighed, en, der betragtes som meget usandsynlig af praktisk talt alle teoretiske fysikere., Men uanset hvor vilde eller tamme dine teorier er, må du absolut konfrontere dem med eksperimentelle data; kun ved at måle universet og sætte det på prøve kan du nogensinde nøjagtigt bestemme, hvordan naturens love fungerer.
Indtil vi måler tyngdeaccelerationen af antistof til den præcision, der er nødvendige for at afgøre, om det falder ned eller op, vi skal holde os åbne for muligheden for, at naturen måske ikke opfører sig som vi forventer. Ækvivalensprincippet er muligvis ikke sandt for antimaterie; det kan faktisk være 100% anti-sand., Men hvis det er tilfældet, vil en helt ny verden af muligheder blive låst op. Vi kunne ændre de nuværende kendte grænser for, hvad mennesker kan skabe i universet. Og vi lærer svaret på få år gennem det enkleste af alle eksperimenter: at sætte et anti-atom i et gravitationsfelt og se hvilken vej det falder.
