wypaczanie czasoprzestrzeni, w ogólnym obrazie Relatywistycznym, przez masy grawitacyjne jest tym, co… powoduje siłę grawitacji. Zakłada się, ale nie weryfikuje eksperymentalnie, że masy antymaterii będą zachowywać się tak samo jak masy materii w polu grawitacyjnym.
LIGO / T. Pyle
jednym z najbardziej zadziwiających faktów na temat nauki jest to, jak powszechnie stosowane są prawa natury., Każda cząstka przestrzega tych samych zasad, doświadcza tych samych sił i widzi te same podstawowe stałe, bez względu na to, gdzie i kiedy istnieją. Grawitacyjnie, każda jednostka we wszechświecie doświadcza, w zależności od tego, jak na nią patrzysz, albo tego samego przyspieszenia grawitacyjnego, albo tej samej krzywizny czasoprzestrzeni, bez względu na to, jakie właściwości posiada.
przynajmniej tak jest w teorii. W praktyce niektóre rzeczy są notorycznie trudne do zmierzenia., Fotony i normalne, stabilne cząstki spadają zgodnie z oczekiwaniami w polu grawitacyjnym, a ziemia powoduje, że każda masywna cząstka przyspiesza w kierunku swojego centrum z prędkością 9,8 m/s2. Mimo naszych starań, nigdy nie mierzyliśmy grawitacyjnego przyspieszenia antymaterii. Powinien przyspieszyć dokładnie w ten sam sposób, ale dopóki go nie zmierzymy, nie dowiemy się. Jednym z eksperymentów jest próba rozstrzygnięcia sprawy, raz na zawsze. W zależności od tego, co znajdzie, może to być klucz do rewolucji naukowej i technologicznej.,
trajektorie atomów antyhydrogenów z eksperymentu Alfa. Możemy utrzymać je stabilnie do 20… minut po chwili, a pomiar ich zachowania w polu grawitacyjnym jest kolejnym logicznym krokiem.
Chukman So/University of California, Berkeley
możesz nie zdawać sobie z tego sprawy, ale istnieją dwa zupełnie różne sposoby myślenia o masie. Z jednej strony, jest masa, która przyspiesza, gdy przyłoży się do niej siłę: m w słynnym równaniu Newtona, F = ma . , Jest to to samo, co m w Einsteinie E = mc2, który mówi, ile energii potrzebujesz, aby utworzyć cząstkę (lub antycząstkę) i ile energii otrzymujesz, gdy ją anihilujesz.
ale tam jest inna masa: masa grawitacyjna. Jest to masa, m, która pojawia się w równaniu masy na powierzchni Ziemi (W = mg), lub w prawie grawitacyjnym Newtona, F = GmM/r2., W przypadku materii normalnej wiemy, że te dwie masy-masa bezwładnościowa i masa grawitacyjna — muszą być równe jednej części na 100 miliardów, dzięki ograniczeniom eksperymentalnym wynikającym z układu zaprojektowanego ponad 100 lat temu przez Loránda Eötvösa.
prawo Newtona uniwersalnej grawitacji (L) i prawo Coulomba dla elektrostatyki (R) mają prawie… identyczne formy. Jeśli ” m ” w sile grawitacji uzyska negatywny znak antymaterii, nadchodzące eksperymenty powinny ją ujawnić.
Dennis Nilsson / RJB1 /E., Siegel
dla antymaterii, jednak nigdy nie byliśmy w stanie tego zmierzyć. Zastosowaliśmy siły nie grawitacyjne na antymaterię i widzieliśmy, jak przyspiesza, i stworzyliśmy i anihilowaliśmy antymaterię; jesteśmy pewni, jak zachowuje się jej masa inercyjna i jest dokładnie taka sama, jak normalna masa inercyjna materii. Zarówno F = ma, jak i E = mc2 działają tak samo dla antymaterii, jak dla normalnej materii.
ale jeśli chcemy wiedzieć, jak antymateria zachowuje się grawitacyjnie, nie możemy po prostu odejść od tego, czego teoretycznie oczekujemy; musimy to zmierzyć., Na szczęście obecnie trwa eksperyment, który został zaprojektowany do tego: eksperyment alfa w CERN.
współpraca alfa jest najbliższa z jakiegokolwiek eksperymentu do pomiaru zachowania neutralnego… antymateria w polu grawitacyjnym. Z nadchodzącym detektorem Alfa-g, może w końcu poznamy odpowiedź.
Maximilien Brice/CERN
jednym z wielkich kroków, które zostały podjęte w ostatnim czasie, jest tworzenie nie tylko cząstek antymaterii, ale neutralnych, stabilnych stanów związanych z nią., Anty-protony i pozytony (anty-elektrony) mogą być tworzone, spowolnione i zmuszone do interakcji ze sobą, gdzie tworzą neutralny anty-Wodór. Używając kombinacji pola elektrycznego i magnetycznego, możemy ograniczyć te anty-atomy i utrzymać je stabilnie, z dala od materii, która mogłaby spowodować ich anihilację.
udało nam się utrzymać je stabilnie przez około 20 minut na raz, znacznie przekraczając ramy czasowe mikrosekundy, w których niestabilne, fundamentalne cząstki przeżywają. Uderzyliśmy ich fotonami, odkrywając, że mają takie same widma emisyjne i absorpcyjne jak atomy., Pod każdym względem, ustaliliśmy, że właściwości antymaterii są dokładnie takie, jakie przewiduje standardowa fizyka.
detektor Alfa-g, Zbudowany w kanadyjskim ośrodku akceleratora cząstek TRIUMF, jest pierwszym z nich… rodzaj przeznaczony do pomiaru wpływu grawitacji na antymaterię. Zorientowany pionowo powinien być w stanie zmierzyć, w którym kierunku opada antymateria i w jakiej wielkości.
Stu Shepherd/TRIUMF
z wyjątkiem, oczywiście, grawitacyjnie., Nowy detektor Alfa-g, Zbudowany w kanadyjskiej placówce TRIUMF i dostarczony do CERN na początku tego roku, powinien poprawić limity przyspieszenia grawitacyjnego antymaterii aż do progu krytycznego. Czy antymateria przyspiesza, w obecności pola grawitacyjnego na powierzchni Ziemi, z prędkością +9,8 m/s2 (w dół), z prędkością -9,8 m/s2 (w górę), z prędkością 0 m / s2 (w ogóle nie ma przyspieszenia grawitacyjnego), czy z jakąkolwiek inną wartością?
zarówno z perspektywy teoretycznej, jak i aplikacyjnej, każdy wynik inny niż oczekiwany +9,8 m/s2 byłby absolutnie rewolucyjny.,
gdyby istniała jakaś Materia o ujemnym ładunku grawitacyjnym, byłaby odpychana przez.. Materia i energia, których jesteśmy świadomi.,
muu-karhu z Wikimedia Commons
antymaterialny odpowiednik każdej cząstki materii powinien mieć:
- tę samą masę,
- to samo przyspieszenie w polu grawitacyjnym,
- przeciwny ładunek elektryczny,
- przeciwny spin,
- te same właściwości magnetyczne,
- powinny wiązać się ze sobą w ten sam sposób w Atomy, cząsteczki i większe struktury,
- i powinny mieć takie samo widmo przejść pozytonowych w tych różnych konfiguracjach.,
niektóre z nich zostały zmierzone przez długi czas: masa bezwładności antymaterii, ładunek elektryczny, spin i właściwości magnetyczne są dobrze znane. Jego właściwości wiążące i przejściowe zostały zmierzone przez inne detektory w eksperymencie alfa i odpowiadają przewidywaniom fizyki cząstek elementarnych.
ale gdyby przyspieszenie grawitacyjne wróciło ujemne, a nie dodatnie, dosłownie wywróciłoby świat do góry nogami.
możliwość posiadania sztucznej grawitacji jest kusząca, ale opiera się na istnieniu…, o ujemnej masie grawitacyjnej. Antymateria może być tą masą, ale jeszcze nie wiemy, eksperymentalnie.
Rolf Landua/CERN
obecnie nie ma czegoś takiego jak przewodnik grawitacyjny. Na przewodzie elektrycznym wolne ładunki żyją na powierzchni i mogą się poruszać, redystrybuując się w odpowiedzi na inne ładunki. Jeśli masz ładunek elektryczny Na zewnątrz przewodu elektrycznego, wnętrze przewodu będzie osłonięte od tego źródła elektrycznego.
ale nie ma sposobu, aby uchronić się przed siłą grawitacji., Nie ma też możliwości stworzenia równomiernego pola grawitacyjnego w obszarze przestrzeni, jak między równoległymi płytami kondensatora elektrycznego. Powód? Ponieważ w przeciwieństwie do siły elektrycznej, która jest generowana przez ładunki dodatnie i ujemne, istnieje tylko jeden rodzaj grawitacyjnego „ładunku”, a jest nim masa i energia. Siła grawitacji jest zawsze atrakcyjna i po prostu nie można tego obejść.
schemat kondensatora, gdzie dwie równoległe płyty przewodzące mają równe i przeciwległe…, ładunki, tworząc jednorodne pole elektryczne między nimi. Taka konfiguracja jest niemożliwa dla grawitacji, chyba że istnieje jakaś forma ujemnej masy grawitacyjnej.
użytkownik Wikimedia Commons Papa listopad
ale jeśli masz ujemną masę grawitacyjną, to wszystko się zmienia. Jeśli antymateria faktycznie antygrawituje, spadając w górę zamiast w dół, to grawitacja widzi ją tak, jakby była zbudowana z antymasażu lub anty-energii. Zgodnie z prawami fizyki, które obecnie rozumiemy, ilości takie jak anty-masa lub anty-energia nie istnieją., Możemy je sobie wyobrazić i porozmawiać o tym, jak by się zachowywały, ale oczekujemy, że antymateria będzie miała normalną masę i normalną energię, jeśli chodzi o grawitację.
gdyby jednak istniał anty-mass, wówczas wielki postęp technologiczny, wyobrażany przez pisarzy science-fiction przez pokolenia, nagle stałby się fizycznie możliwy.
wirtualne narzędzie IronBird do CAM (Centrifuge Accommodation Module) jest jednym ze sposobów tworzenia… sztuczna grawitacja, ale wymaga dużo energii i pozwala tylko na bardzo specyficzny, szukający centrum rodzaj siły., Prawdziwa sztuczna grawitacja wymagałaby zachowania czegoś przy ujemnej masie.
NASA Ames
możemy zbudować przewód grawitacyjny i osłonić się przed siłą grawitacji.
możemy ustawić Kondensator grawitacyjny w przestrzeni, tworząc jednolite sztuczne pole grawitacyjne.
moglibyśmy nawet stworzyć napęd warp, ponieważ zyskalibyśmy zdolność do deformowania czasoprzestrzeni dokładnie w taki sposób, jakiego wymaga matematyczne rozwiązanie ogólnej teorii względności, odkryte przez Miguela Alcubierre ' a w 1994 roku.,
rozwiązanie Alcubierre ' a do ogólnej teorii względności, umożliwiające ruch podobny do napędu warp. To rozwiązanie… wymaga ujemnej masy grawitacyjnej, która może być dokładnie tym, co może dostarczyć antymateria.
użytkownik Wikimedia Commons Allenmcc
jest to nieprawdopodobna możliwość, którą praktycznie wszyscy fizycy teoretyczni uważają za szalenie nieprawdopodobną., Ale bez względu na to, jak dzikie lub oswojone są Twoje teorie, musisz bezwzględnie skonfrontować je z danymi eksperymentalnymi; tylko poprzez pomiar wszechświata i poddanie go próbie możesz kiedykolwiek dokładnie określić, jak działają prawa natury.
dopóki nie zmierzymy grawitacyjnego przyspieszenia antymaterii z dokładnością niezbędną do określenia, czy spada ona w górę, czy w dół, musimy być otwarci na możliwość, że natura może nie zachowywać się tak, jak oczekujemy. Zasada równoważności może nie być prawdziwa dla antymaterii; w rzeczywistości może być w 100% anty-prawdziwa., Ale jeśli tak się stanie, odblokowany zostanie zupełnie nowy świat możliwości. Moglibyśmy zmienić obecnie znane granice tego, co ludzie mogą tworzyć we wszechświecie. Odpowiedź poznamy w ciągu zaledwie kilku lat poprzez najprostsze ze wszystkich eksperymentów: umieszczenie antyatomu w polu grawitacyjnym i obserwowanie, w którą stronę spada.
