de kromming van de ruimtetijd, in het algemene relativistische beeld, door gravitatiemassa ‘ s is wat… veroorzaakt de zwaartekracht. Er wordt aangenomen, maar niet experimenteel geverifieerd, dat antimateriemassa ’s zich hetzelfde zullen gedragen als materiemassa’ s in een gravitatieveld.
LIGO / T. Pyle
een van de meest verbazingwekkende feiten over de wetenschap is hoe universeel toepasbaar de natuurwetten zijn., Elk deeltje volgt dezelfde regels, ervaart dezelfde krachten en ziet dezelfde fundamentele constanten, ongeacht waar of wanneer ze bestaan. Elke entiteit in het universum ervaart, afhankelijk van hoe je het bekijkt, dezelfde gravitationele versnelling of dezelfde kromming van ruimtetijd, ongeacht welke eigenschappen het bezit.
tenminste, zo zijn de dingen in theorie. In de praktijk zijn sommige dingen berucht moeilijk te meten., Fotonen en normale, stabiele deeltjes vallen beide zoals verwacht in een gravitatieveld, waarbij de aarde elk massief deeltje naar zijn centrum laat versnellen met een snelheid van 9,8 m/s2. Ondanks onze inspanningen hebben we nooit de gravitationele versnelling van antimaterie gemeten. Het zou op dezelfde manier moeten versnellen, maar tot we het meten, kunnen we het niet weten. Eén experiment probeert de zaak voor eens en altijd te beslissen. Afhankelijk van wat het vindt, kan het de sleutel zijn tot een wetenschappelijke en technologische revolutie.,
trajecten van antiwaterstofatomen uit het Alfa-experiment. We kunnen ze tot 20 jaar stabiel houden… minuten per keer nu, en meten hoe ze zich gedragen in een gravitatieveld is de volgende logische stap.
Chukman So / University of California, Berkeley
Je beseft het misschien niet, maar er zijn twee totaal verschillende manieren om over massa te denken. Aan de ene kant is er de massa die versnelt als je er een kracht op uitoefent: de m in Newton ‘ s beroemde vergelijking, F = ma., Dit is hetzelfde als de m in Einsteins E = mc2, die je vertelt hoeveel energie je nodig hebt om een deeltje (of antideeltje) te maken en hoeveel energie je krijgt als je het wegvaagt.
maar er is nog een andere massa: gravitatiemassa. Dit is de massa, m, die voorkomt in de vergelijking voor gewicht aan het aardoppervlak (W = mg), of in Newton ‘ s gravitatiewet, F = GmM/r2., Voor normale materie weten we dat deze twee massa ‘ s — traagheidsmassa en gravitatiemassa — gelijk moeten zijn aan ongeveer 1 deel op 100 miljard, dankzij experimentele beperkingen van een opstelling die meer dan 100 jaar geleden door Loránd Eötvös is ontworpen.
Newton ’s wet van de universele zwaartekracht (L) en Coulomb’ s wet voor Elektrostatica (R) hebben bijna… identieke vormen. Als de’ m ‘ in de gravitatiekracht een negatief teken voor antimaterie verkrijgt, zouden komende experimenten het moeten onthullen.
Dennis Nilsson / RJB1 / E., Siegel
voor antimaterie hebben we dit echter nooit kunnen meten. We hebben niet-gravitationele krachten toegepast op antimaterie en het zien versnellen, en we hebben ook antimaterie gecreëerd en vernietigd; we weten zeker hoe zijn inertiale massa zich gedraagt, en het is precies hetzelfde als de inertiale massa van normale materie. Zowel F = ma als E = mc2 werken voor antimaterie hetzelfde als voor normale materie.
maar als we willen weten hoe antimaterie zich gravitationeel gedraagt, kunnen we niet zomaar afwijken van wat we theoretisch verwachten; we moeten het meten., Gelukkig loopt er nu een experiment dat precies daarvoor is ontworpen: het Alfa-experiment bij CERN.
De Alfa-samenwerking komt het dichtst bij het meten van het gedrag van neutraal… antimaterie in een zwaartekrachtveld. Met de aankomende ALPHA-g detector, weten we misschien eindelijk het antwoord.
Maximilien Brice/CERN
een van de grote stappen die onlangs is genomen is de creatie van niet alleen deeltjes van antimaterie, maar neutrale, stabiele gebonden toestanden ervan., Anti-protonen en positronen (anti-elektronen) kunnen worden gecreëerd, vertraagd, en gedwongen om met elkaar in wisselwerking te staan, waar zij neutrale anti-waterstof vormen. Door gebruik te maken van een combinatie van elektrische en magnetische velden, kunnen we deze anti-atomen opsluiten en stabiel houden, weg van de materie die hen zou doen vernietigen.
we hebben ze met succes ongeveer 20 minuten per keer stabiel gehouden, veel meer dan de microseconde tijdschalen die onstabiele, fundamentele deeltjes overleven. We hebben ze met fotonen getroffen en ontdekt dat ze dezelfde emissie-en absorptiespectra hebben als atomen., We hebben vastgesteld dat de eigenschappen van antimaterie precies zo zijn als de standaardfysica voorspelt.
De Alfa-g detector, gebouwd in de Canadese deeltjesversneller faciliteit, TRIUMF, is de eerste van zijn… ontworpen om het effect van zwaartekracht op antimaterie te meten. Wanneer verticaal georiënteerd, moet het in staat zijn om te meten welke richting antimaterie valt, en op welke grootte.
Stu Shepherd / TRIUMF
behalve natuurlijk zwaartekracht., De nieuwe ALPHA-g detector, gebouwd in Canada ‘ s TRIUMF faciliteit en verscheept naar CERN eerder dit jaar, moet de grenzen van de gravitationele versnelling van antimaterie tot de kritische drempel te verbeteren. Versnelt antimaterie, in aanwezigheid van het zwaartekrachtveld op het aardoppervlak, bij + 9,8 m / s2 (omlaag), bij -9,8 m/s2 (omhoog), bij 0 m / s2 (helemaal geen zwaartekrachtversnelling), of een andere waarde?
vanuit theoretisch en toepassingsperspectief zou elk ander resultaat dan de verwachte +9,8 m / s2 absoluut revolutionair zijn.,
als er een soort materie was met een negatieve gravitationele lading, zou deze worden afgestoten door… de materie en energie waar we ons bewust van zijn.,
Muu-karhu van Wikimedia Commons
De antimaterie tegenhanger van elke materie deeltje moet hebben:
- de massa,
- dezelfde versnelling in een gravitatieveld,
- de tegengestelde elektrische lading,
- het tegenovergestelde spin,
- dezelfde magnetische eigenschappen,
- moet binden samen dezelfde manier in atomen, moleculen en grotere structuren,
- en moet hetzelfde spectrum van positron overgangen in die uiteenlopende configuraties.,
sommige hiervan zijn lange tijd gemeten: de traagheidsmassa van antimaterie, de elektrische lading, de spin en de magnetische eigenschappen zijn bekend. De bindings-en overgangseigenschappen zijn gemeten door andere detectoren tijdens het ALPHA-experiment, en komen overeen met wat deeltjesfysica voorspelt.
maar als de gravitatieversnelling negatief terugkomt in plaats van positief, zou dit de wereld letterlijk op zijn kop zetten.
de mogelijkheid van kunstmatige zwaartekracht is verleidelijk, maar het is gebaseerd op het bestaan…, van negatieve gravitatiemassa. Antimaterie kan die massa zijn, maar we weten het nog niet, experimenteel.
Rolf Landua / CERN
momenteel bestaat er niet zoiets als een zwaartekrachtgeleider. Op een elektrische geleider, vrije ladingen leven op het oppervlak en kunnen bewegen, herverdelen zichzelf in reactie op wat andere ladingen zijn rond. Als u een elektrische lading buiten een elektrische geleider, de binnenkant van de geleider zal worden afgeschermd van die elektrische bron.
maar er is geen manier om jezelf te beschermen tegen de zwaartekracht., Er is ook geen manier om een uniform zwaartekrachtveld in een ruimtegebied op te zetten, zoals je kunt tussen de parallelle platen van een elektrische condensator. De reden? Want in tegenstelling tot de elektrische kracht, die wordt gegenereerd door positieve en negatieve ladingen, is er maar één type gravitationele “lading”, en dat is massa-en-energie. De zwaartekracht is altijd aantrekkelijk, en daar kan je niet omheen.
schematisch schema van een condensator, waarbij twee parallel geleidende platen gelijk en tegenover elkaar staan…, ladingen, het creëren van een uniform elektrisch veld tussen hen. Deze configuratie is onmogelijk voor zwaartekracht, tenzij er een vorm van negatieve gravitatiemassa is.
Wikimedia Commons gebruiker Papa November
maar als je een negatieve gravitatiemassa hebt, verandert dat allemaal. Als antimaterie werkelijk anti-graviteert, die omhoog in plaats van omlaag valt, dan ziet de zwaartekracht het alsof het gemaakt is van anti-massa of anti-energie. Volgens de wetten van de fysica die we nu begrijpen, bestaan hoeveelheden als anti-massa of anti-energie niet., We kunnen ons ze voorstellen en praten over hoe ze zich zouden gedragen, maar we verwachten dat antimaterie normale massa en normale energie heeft als het op zwaartekracht aankomt.
als anti-massa wel bestaat, dan zou een hoop grote technologische vooruitgang, die al generaties lang door sciencefictionschrijvers wordt voorgesteld, plotseling fysiek mogelijk worden.
Het Virtuele IronBird-gereedschap voor de CAM (centrifuge Accommodation Module) is een manier om te maken… kunstmatige zwaartekracht, maar vereist veel energie en laat alleen een zeer specifieke, centrum zoekende kracht toe., Echte kunstmatige zwaartekracht zou iets nodig hebben om zich te gedragen met negatieve massa.
NASA Ames
We kunnen een zwaartekrachtgeleider bouwen en onszelf afschermen van de zwaartekracht.
we kunnen een zwaartekrachtcondensator in de ruimte opzetten, waardoor een uniform kunstmatig zwaartekrachtveld ontstaat.
we zouden zelfs warpaandrijving kunnen maken, omdat we de mogelijkheid zouden krijgen om de ruimtetijd te vervormen op precies de manier die een wiskundige oplossing voor de Algemene Relativiteitstheorie, ontdekt door Miguel Alcubierre in 1994, vereist.,
De Alcubierre-oplossing voor de algemene relativiteit, die beweging mogelijk maakt die vergelijkbaar is met warpaandrijving. Deze oplossing… vereist een negatieve gravitatiemassa, wat precies kan zijn wat antimaterie kan bieden.
Wikimedia Commons gebruiker AllenMcC
Het is een ongelooflijke mogelijkheid, een die door vrijwel alle theoretische fysici als zeer onwaarschijnlijk wordt beschouwd., Maar hoe wild of Tam je theorieën ook zijn, je moet ze absoluut confronteren met experimentele gegevens; alleen door het universum te meten en op de proef te stellen kun je ooit nauwkeurig bepalen hoe de wetten van de natuur werken.totdat we de gravitationele versnelling van antimaterie meten met de precisie die nodig is om te bepalen of het op of neer valt, moeten we ons open houden voor de mogelijkheid dat de natuur zich niet gedraagt zoals we verwachten. Het gelijkwaardigheidsbeginsel is misschien niet waar voor antimaterie; het kan in feite 100% anti-waar zijn., Maar als dat het geval is, zal een hele nieuwe wereld van mogelijkheden worden ontsloten. We kunnen de nu bekende grenzen veranderen van wat mensen kunnen creëren in het universum. En we zullen het antwoord in slechts een paar jaar leren door middel van de eenvoudigste van alle experimenten: een anti-atoom in een gravitatieveld plaatsen, en kijken welke kant het op valt.
