Si la masse peut être négative par analogie avec une charge électrique - les scientifiques tentent de le découvrir depuis plus de cent ans. Récemment, nous avons réussi à obtenir une substance étrange qui se comporte comme si sa masse était négative. Cela ouvre un nouveau domaine de recherche.
Comment stabiliser un trou de ver
Un trou de ver ne vit pas longtemps dans l'espace-temps. Son cou s'effondre sous l'effet de la gravité, sans même avoir le temps de passer un rayon de lumière. Pour le rendre passable, il faut une substance de masse négative, ce qui crée un effet antigravité - la matière dite exotique. Grâce à un trou de ver similaire, vous pouvez accéder à un autre univers. Cette idée a été utilisée dans le film de science-fiction "Interstellar" - à la suggestion du physicien théoricien américain, lauréat du prix Nobel Kip Thorne.
«Kip Thorne est un physicien fondamental, alors il oublie la technologie. Combien d'énergie est nécessaire pour cela? Comment garantir l'utilisation de l'excès de chaleur pour une telle centrale électrique? En physique théorique, beaucoup est permis, mais toute technologie réelle est soumise à des restrictions sous la forme des principes de la thermodynamique, de la loi de conservation de l'énergie, de la théorie de la relativité spéciale. Cela me rappelle les fantasmes d'il y a un siècle, quand on croyait que vous pouvez transformer n'importe quelle substance en énergie pure et voler vers les étoiles à ce sujet. En théorie, oui, n'importe qui. Et pratiquement - seulement de l'uranium, du plutonium et du deutérure de lithium, mais ils posent également de gros problèmes », commente RIA Novosti Anton Pervushin, écrivain de science-fiction, spécialiste de l'histoire de l'astronautique.
Chasse à la vitesse de la lumière
Si les corps ordinaires attirent tout, alors les corps avec une masse négative repoussent. Une matière avec une propriété aussi étrange pourrait-elle exister dans la nature? En 1954, le physicien Herman Bondi de Cambridge a montré théoriquement qu'il n'y a pas de lois interdisant les substances à masse négative. Une particule de matière ordinaire, écrit le physicien Richard Hammond de l'Université de Caroline du Nord, doit fuir une particule de masse négative, et cette particule la poursuit. Une telle paire commencera à accélérer, se rapprochant progressivement de la vitesse de la lumière. Cela peut-il être utilisé pour créer un moteur pour un vaisseau interplanétaire? «L'idée, hélas, est folle. Avec l'accélération, la masse augmente - selon la théorie spéciale de la relativité. De plus, à mesure qu'elle s'approche de la vitesse de la lumière, la masse tend vers l'infini. En raison de quoi la masse négative de la particule "répulsive" augmentera,et à l'infini? En réalité, ces particules vont se repousser et se disperser jusqu'à ce qu'elles se retrouvent hors des limites de leurs champs gravitationnels, et là, elles continuent leur vol libre ou interagissent avec d'autres particules », explique Pervushin.
Une particule de masse gravitationnelle négative poursuit une particule ordinaire. Illustration par RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
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Contre toute intuition
En 2017, un article de physiciens américains de l'Université de l'État de Washington qui a reçu une substance étrange dans le laboratoire, qui n'a pas accéléré dans le sens où elle a été poussée, comme le prescrit la deuxième loi de Newton, a fait beaucoup de bruit. Cela n'est possible que si sa masse d'inertie est négative. À l'aide d'un laser, les physiciens ont créé un superfluide à partir d'atomes de rubidium, les ont refroidis à une température de zéro presque absolu et un état spécial de la matière est apparu - le condensat de Bose-Einstein, dans lequel les atomes se déplacent très lentement. Avec le même laser, un nuage de condensat de Bose-Einstein était, pour ainsi dire, enfermé dans une zone séparée de l'espace et forcé de changer de spin - il existe une telle caractéristique quantique des particules. Plus ce nuage est poussé, plus il accélère dans le sens opposé à la force appliquée. Comme si un joueur de tennis frappait la balle et qu'elle volait vers lui,et non à l'adversaire.
Afin de frapper la balle de la substance avec une masse négative vers l'adversaire, le joueur de tennis doit la pousser encore plus fort vers lui-même. Illustration par RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Ces résultats ont été expliqués par des théoriciens d'Australie, de Grande-Bretagne et de Russie. Cependant, dans ce cas, nous parlons de la masse effective - une solution mathématique pour décrire le condensat de Bose-Einstein, et non de la propriété fondamentale de la matière. Un électron dans un cristal acquiert une masse efficace négative en raison de l'interaction spin-orbite, explique Sergei Baranov, docteur en sciences physiques et mathématiques, chercheur principal au laboratoire d'interaction rayonnement-matière à FIAN. «Prenons un satellite en orbite. Si nous essayons de le ralentir (appliquer une force contre la vitesse), le satellite se déplacera sur une orbite inférieure et sa vitesse ne diminuera pas, mais augmentera. Et l'énergie cinétique, malgré le travail négatif effectué sur elle aussi. Et si nous accélérons le satellite en le poussant par derrière, la vitesse diminuera - enfin, ce qui n'est pas une masse négative. En fait, le gain (ou la perte) paradoxal d'énergie cinétique est compensé par la perte (ou le gain) d'énergie potentielle - puisque le satellite est dans le champ de gravité. La masse effective négative est le résultat de l'interaction avec l'environnement (et c'est impossible sans l'environnement extérieur), qu'il s'agisse d'un cristal ou d'un champ de gravité, ou d'un autre champ externe. Mais en physique moderne, il y a une affirmation plus forte: toute masse est toujours le résultat d'une interaction avec l'environnement », explique Sergei Baranov. Mais en physique moderne, il y a une affirmation plus forte: toute masse est toujours le résultat d'une interaction avec l'environnement », explique Sergei Baranov. Mais en physique moderne, il y a une affirmation plus forte: toute masse est toujours le résultat d'une interaction avec l'environnement », explique Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
