skevningen av rymdtid, i den allmänna relativistiska bilden, av gravitationsmassor är vad… orsakar gravitationskraften. Det antas, men inte experimentellt verifierat, att antimateriamassor kommer att uppträda på samma sätt som materiamassor i ett gravitationsfält.
LIGO/T. Pyle
en av de mest häpnadsväckande fakta om vetenskap är hur universellt tillämpliga naturlagarna är., Varje partikel följer samma regler, upplever samma krafter och ser samma grundläggande konstanter, oavsett var eller när de finns. Gravitationsmässigt upplever varje enskild enhet i universum, beroende på hur man ser på det, antingen samma gravitationsacceleration eller samma krökning av rymdtid, oavsett vilka egenskaper den har.
åtminstone är det så saker är i teorin. I praktiken är vissa saker notoriskt svåra att mäta., Fotoner och normala, stabila partiklar faller båda som förväntat i ett gravitationsfält, med jord som orsakar massiv partikel att accelerera mot sitt centrum vid 9.8 m / s2. Trots våra ansträngningar har vi aldrig mätt gravitationsaccelerationen av antimateria. Det borde accelerera på exakt samma sätt, men tills vi mäter det, kan vi inte veta. Ett experiment försöker avgöra saken, en gång för alla. Beroende på vad den finner, kan det bara vara nyckeln till en vetenskaplig och teknisk revolution.,
banor av antihydrogenatomer från Alfa-experimentet. Vi kan hålla dem stabila i upp till 20… minuter i taget nu, och mätning av hur de beter sig i ett gravitationsfält är nästa logiska steg.
Chukman So / University of California, Berkeley
Du kanske inte inser det, men det finns två helt olika sätt att tänka på massa. Å ena sidan finns det massan som accelererar när du applicerar en kraft på den: m i Newtons berömda ekvation, F = ma., Detta är detsamma som m i Einsteins E = mc2, som berättar hur mycket energi du behöver för att skapa en partikel (eller antipartikel) och hur mycket energi du får när du förintar den bort.
men det finns en annan massa där ute: gravitationsmassa. Detta är massan, m, som visas i ekvationen för vikt vid jordens yta (W = mg), eller i Newtons gravitationslag, F = GMM/r2., För normal Materia vet vi att dessa två massor — tröghetsmassa och gravitationsmassa-måste vara lika med ungefär 1 del på 100 miljarder, tack vare experimentella begränsningar från en uppställning designad för över 100 år sedan av Loránd Eötvös.
Newtons lag om universell gravitation (L) och Coulombs lag för elektrostatik (R) har nästan… identiska former. Om ” m ” i gravitationskraften får ett negativt tecken för antimateria, bör kommande experiment avslöja det.
Dennis Nilsson / RJB1 / E., Siegel
för antimateria har vi dock aldrig kunnat mäta detta alls. Vi har tillämpat icke-gravitationskrafter på antimateria och sett det accelerera, och vi har skapat och förintat antimateria också; vi är säkra på hur dess tröghetsmassa beter sig, och det är exakt samma som normal Materias tröghetsmassa. Både F = ma och E = mc2 fungerar precis samma för antimateria som de gör för normal Materia.
men om vi vill veta hur antimateria beter sig gravitationellt, kan vi inte bara gå av vad vi teoretiskt förväntar oss; vi måste mäta det., Lyckligtvis finns det ett experiment som körs nu som var utformat för att göra exakt det: ALPHA experimentet vid CERN.
alfa-samarbetet har kommit närmast ett experiment för att mäta neutrals beteende… antimateria i ett gravitationsfält. Med den kommande ALPHA – g-detektorn kanske vi äntligen vet svaret.
Maximilien Brice / CERN
en av de stora framsteg som har tagits nyligen är skapandet av inte bara partiklar av antimateria, men neutrala, stabila bundna tillstånd av det., Anti-protoner och positroner (Anti-elektroner) kan skapas, sakta ner och tvingas interagera med varandra, där de bildar neutralt Anti-väte. Genom att använda en kombination av elektriska och magnetiska fält kan vi begränsa dessa antiatomer och hålla dem stabila, bort från den fråga som skulle få dem att förinta.
Vi har framgångsrikt hållit dem stabila i cirka 20 minuter åt gången, långt över de mikrosekundtidsskalor som instabila, grundläggande partiklar överlever. Vi har slagit dem med fotoner och upptäckt att de har samma emissions-och absorptionsspektra som atomer., På alla sätt som betyder något har vi bestämt att antimatters egenskaper är precis som standardfysik förutspår att de ska vara.
ALPHA-g-detektorn, byggd vid Kanadas partikelacceleratoranläggning, TRIUMF, är den första av dess… typ utformad för att mäta effekten av gravitationen på antimateria. När den är orienterad vertikalt bör den kunna mäta vilken riktning antimateria faller och i vilken storlek.
Stu Shepherd / TRIUMF
förutom naturligtvis gravitation., Den nya ALPHA – g-detektorn, byggd vid Kanadas TRIUMFANLÄGGNING och skickad till CERN tidigare i år, bör förbättra gränserna för gravitationsaccelerationen av antimateria ner till det kritiska tröskelvärdet. Accelererar antimateria, i närvaro av gravitationsfältet på jordens yta, vid + 9,8 m/s2 (ner), vid -9,8 m/s2 (upp), vid 0 m / s2 (ingen gravitationsacceleration alls) eller något annat värde?
från både ett teoretiskt och ett applikationsperspektiv skulle något annat resultat än det förväntade + 9,8 m / s2 vara helt revolutionerande.,
om det fanns någon typ av materia som hade negativ gravitationsladdning skulle den avvisas av… den fråga och den energi vi känner till.,
Muu-karhu av Wikimedia Commons
antimateria-motsvarigheten till varje materiapartikel ska ha:
- samma massa,
- samma acceleration i ett gravitationsfält,
- motsatt elektrisk laddning,
- motsatt spinn,
- samma magnetiska egenskaper,
- ska binda ihop samma sätt till atomer, molekyler och molekyler.större strukturer,
- och bör ha samma spektrum av positronövergångar i de olika konfigurationerna.,
några av dessa har uppmätts under lång tid: antimatters tröghetsmassa, elektrisk laddning, spinn och magnetiska egenskaper är välkända. Dess bindande och övergångsegenskaper har uppmätts av andra detektorer vid Alfa-experimentet och överensstämmer med vad partikelfysik förutspår.
men om gravitationsaccelerationen kommer tillbaka negativ istället för positiv, skulle det bokstavligen vända världen upp och ner.
möjligheten att ha artificiell gravitation är tantalizing, men det bygger på existensen…, av negativ gravitationsmassa. Antimateria kan vara den massan, men vi vet ännu inte, experimentellt.
Rolf Landua/CERN
för närvarande finns det inget sådant som en gravitationsledare. På en elektrisk ledare, gratis laddningar lever på ytan och kan röra sig, omfördela sig som svar på vad andra avgifter är runt. Om du har en elektrisk laddning utanför en elektrisk ledare, Kommer insidan av ledaren att avskärmas från den elektriska källan.
men det finns inget sätt att skydda dig från gravitationskraften., Det finns inget sätt att skapa ett enhetligt gravitationsfält i ett område av rymden, heller, som du kan mellan parallella plattor av en elektrisk kondensator. Anledningen? Eftersom till skillnad från den elektriska kraften, som genereras av positiva och negativa laddningar, finns det bara en typ av gravitation ”laddning” och det är massa-och-energi. Gravitationskraften är alltid attraktiv, och det finns helt enkelt ingen väg runt det.
schematiskt diagram över en kondensator, där två parallella ledande plattor har lika och motsatta…, laddar, skapar ett enhetligt elektriskt fält mellan dem. Denna konfiguration är omöjlig för gravitation, om det inte finns någon form av negativ gravitationsmassa.
Wikimedia Commons användare Papa November
men om du har negativ gravitationsmassa ändras allt detta. Om antimateria faktiskt Anti-gravitater, faller upp istället för ner, ser gravitationen det som om det var tillverkat av anti-massa eller anti-energi. Enligt fysikens lagar som vi för närvarande förstår finns inte mängder som anti-massa eller anti-energi., Vi kan föreställa oss dem och prata om hur de skulle bete sig, men vi förväntar oss antimateria att ha normal massa och normal energi när det gäller gravitation.
om anti-mass existerar, skulle dock en massa stora tekniska framsteg, som föreställs av science fiction-författare i generationer, plötsligt bli fysiskt möjligt.
det virtuella IronBird-verktyget för CAM (centrifuge Accommodation Module) är ett sätt att skapa… artificiell gravitation, men kräver mycket energi och tillåter bara en mycket specifik, centrumsökande typ av kraft., Sann artificiell gravitation skulle kräva något att uppträda med negativ massa.
NASA Ames
Vi kan bygga en gravitationsledare och skydda oss från gravitationskraften.
Vi kan ställa in en gravitationskondensator i rymden, vilket skapar ett enhetligt artificiellt gravitationsfält.
vi kunde till och med skapa warpdrift, eftersom vi skulle få möjlighet att deformera rymdtid på exakt det sätt som en matematisk lösning på allmän relativitet, upptäckt av Miguel Alcubierre 1994, kräver.,
Alcubierre-lösningen till allmän relativitet, vilket möjliggör rörelse som liknar warpdrift. Denna lösning… kräver negativ gravitationsmassa, vilket kan vara exakt vad antimateria kan ge.
Wikimedia Commons användare AllenMcC
det är en otrolig möjlighet, en som anses vilt osannolikt av praktiskt taget alla teoretiska fysiker., Men oavsett hur vilda eller tämja dina teorier är, måste du absolut konfrontera dem med experimentella data; bara genom att mäta universum och sätta det på prov kan du någonsin exakt bestämma hur naturlagarna fungerar.
tills vi mäter gravitationsaccelerationen av antimateria till den precision som krävs för att avgöra om den faller upp eller ner, måste vi hålla oss öppna för möjligheten att naturen kanske inte beter sig som vi förväntar oss. Likvärdighetsprincipen kanske inte är sann för antimateria; den kan faktiskt vara 100% anti-sann., Men om så är fallet kommer en helt ny värld av möjligheter att låsas upp. Vi kan ändra de för närvarande kända gränserna för vad människor kan skapa i universum. Och vi lär oss svaret om några år genom det enklaste av alla experiment: att sätta en antiatom i ett gravitationsfält och titta på vilken väg det faller.
