Jedním z nejpřekvapivějších faktů ve vědě je, jak univerzální jsou zákony přírody. Každá částice se řídí stejnými pravidly, zažívá stejné síly, existuje ve stejných základních konstantách, bez ohledu na to, kde a kdy je. Z hlediska gravitace každá samostatná částice vesmíru zažívá stejné gravitační zrychlení nebo stejné zakřivení časoprostoru, bez ohledu na to, jaké vlastnosti má.
V každém případě to vyplývá z teorie. V praxi může být obtížné měřit některé věci. Fotony a obyčejné stabilní částice padají stejně, jak se očekávalo, v gravitačním poli a Země způsobuje, že jakákoli masivní částice zrychluje směrem ke svému středu rychlostí 9,8 m / s2. Ale bez ohledu na to, jak jsme se snažili, nikdy jsme nebyli schopni měřit gravitační zrychlení antihmoty. Měl by se zrychlovat stejným způsobem, ale dokud to nezměříme, nemůžeme si být jisti. Jeden z experimentů je zaměřen na nalezení odpovědi na tuto otázku, jednou provždy. Podle toho, co najde, můžeme být o krok blíže k vědecké a technologické revoluci.
Existuje antigravitace?
Možná si toho neuvědomujete, ale existují dva zcela odlišné způsoby, jak reprezentovat hmotu. Na jedné straně existuje hmota, která se zrychluje, když na ni aplikujete sílu: to je mv newtonské slavné rovnici, kde F = ma. Stejné je to s Einsteinovou rovnicí E = mc2, ze které můžete vypočítat, kolik energie potřebujete k vytvoření částice (nebo antičástice) a kolik energie získáte, když zničí.
Ale je tu další masa: gravitační. Je to hmotnost, m, která se objevuje ve váhové rovnici na zemském povrchu (W = mg) nebo Newtonově gravitační zákon, F = GmM / r2. V případě obyčejné hmoty víme, že tyto dvě hmoty - inerciální a gravitační masy - by se měly rovnat nejbližší 1 dílu ze 100 miliard, díky experimentálním omezením stanoveným před více než 100 lety Laurentem Eotvosem.
Ale v případě antihmoty bychom to všechno nemohli změřit. Na antihmotu jsme použili gravitační síly a viděli, jak se zrychluje; vytvořili jsme a zničili antihmotu; přesně víme, jak se jeho setrvačná hmota chová - stejně jako setrvačná hmota obyčejné hmoty. F = ma a E = mc2 funguje v případě antihmoty stejným způsobem jako u běžné hmoty.
Ale pokud chceme znát gravitační chování antihmoty, nemůžeme jednoduše vzít teorii jako základ; musíme to změřit. Naštěstí probíhá experiment, který přesně zjistí: experiment ALPHA v CERNu.
Propagační video:
Jedním z velkých průlomů, ke kterému došlo v poslední době, bylo vytvoření nejen částic z antihmoty, ale také neutrálních stabilních vázaných stavů v nich. Antiprotony a pozitrony (antielektrony) lze vytvořit, zpomalit a donutit k vzájemné interakci za vzniku neutrálního antihydrogenu. Použitím kombinace elektrických a magnetických polí můžeme tyto antiatomy omezit a udržet je stabilní od hmoty, což by v případě kolize vedlo k zničení.
Dokázali jsme je úspěšně udržet stabilní po dobu 20 minut najednou, daleko za mikrosekundy, které obvykle nestabilní základní částice zažívají. Vypálili jsme na ně fotony a zjistili jsme, že mají stejná emisní a absorpční spektra jako atomy. Zjistili jsme, že vlastnosti antihmoty jsou stejné, jak předpovídá standardní fyzika.
Samozřejmě kromě gravitačních. Nový detektor ALPHA-g, postavený v kanadské továrně TRIUMF a odeslaný do CERN počátkem tohoto roku, by měl zlepšit limity gravitačního zrychlení antihmoty na kritický práh. Zrychluje antihmota v přítomnosti gravitačního pole na zemském povrchu na 9,8 m / s2 (dolů), -9,8 m / s2 (nahoru), 0 m / s2 (při absenci gravitačního zrychlení) nebo na jinou hodnotu ?
Z teoretického i praktického hlediska bude jakýkoli výsledek jiný než očekávaný +9,8 m / s2 naprosto revoluční.
Analog antihmoty pro každou částici hmoty by měl mít:
- stejnou hmotnost
- stejné zrychlení v gravitačním poli
- opačný elektrický náboj
- protější rotace
- stejné magnetické vlastnosti
- by se měly stejným způsobem vázat na atomy, molekuly a větší struktury
- by měl mít stejné spektrum pozitronových přechodů v různých konfiguracích.
Některé z těchto vlastností byly měřeny v průběhu času: setrvačná hmotnost antihmoty, elektrický náboj, spin a magnetické vlastnosti jsou dobře známy a studovány. Vazebné a přechodné vlastnosti byly měřeny jinými detektory v experimentu ALPHA a jsou v souladu s predikcemi fyziky částic.
Pokud se však gravitační zrychlení ukáže být spíše negativní než pozitivní, doslova obrátí svět vzhůru nohama.
V současné době neexistuje nic jako gravitační dirigent. Na elektrickém vodiči žijí na povrchu zdarma náboje, které se mohou pohybovat a v reakci na jakékoli nabití v okolí se redistribuují. Pokud máte elektrický náboj mimo elektrický vodič, bude vnitřní strana vodiče chráněna před tímto zdrojem elektřiny.
Neexistuje však způsob, jak se chránit před gravitační silou. Neexistuje způsob, jak naladit jednotné gravitační pole ve specifické oblasti prostoru, jako například mezi rovnoběžnými deskami elektrického kondenzátoru. Způsobit? Na rozdíl od elektrické síly, která je vytvářena kladnými a zápornými náboji, existuje pouze jeden typ gravitačního „náboje“- hmotnost / energie. Gravitační síla vždy přitahuje a neexistuje způsob, jak ji změnit.
Ale pokud máte negativní gravitační množství, všechno se změní. Pokud antihmota skutečně projevuje antigravitační vlastnosti, padá nahoru a ne dolů, pak se ve světle gravitace skládá z antihmoty nebo anti-energie. Podle fyzických zákonů, jak je známe, neexistuje antihmota ani anti-energie. Dokážeme si je představit a představit si, jak by se chovali, ale očekáváme, že antihmota bude mít normální hmotnost a normální energii, pokud jde o gravitaci.
Pokud antihmota existuje, mnoho technologických pokroků, o nichž autoři sci-fi snili po mnoho let, se náhle stane fyzicky proveditelným.
- Můžeme vytvořit gravitační dirigent tím, že se budeme chránit před gravitačními silami.
- Můžeme vytvořit gravitační kondenzátor ve vesmíru a vytvořit umělé gravitační pole.
- Mohli bychom dokonce vytvořit warp pohon, protože bychom měli schopnost deformovat časoprostor stejným způsobem, jaký vyžaduje matematické řešení obecné relativity navrhované Miguelem Alcubierrem v roce 1994.
Toto je neuvěřitelná příležitost, kterou teoretičtí fyzici považují za téměř nemožnou. Ale bez ohledu na to, jak divoké nebo nemyslitelné jsou vaše teorie, musíte je podpořit nebo vyvrátit výhradně experimentálními daty. Pouze měřením a testováním vesmíru můžete přesně vědět, jak fungují jeho zákony.
Dokud neměříme gravitační zrychlení antihmoty s přesností nezbytnou k určení, zda klesá nebo klesá, musíme být otevřeni možnosti, že se příroda nechová tak, jak ji očekáváme. Zásada rovnocennosti nemusí fungovat v případě antihmoty; může to být 100% anti-princip. A v tomto případě se otevře svět zcela nových možností. Odpověď najdeme za několik let, poté, co jsme provedli nejjednodušší experiment: vložte antiatom do gravitačního pole a uvidíme, jak to dopadne.
Ilya Khel