Si la masa puede ser negativa por analogía con una carga eléctrica, los científicos han estado tratando de averiguarlo durante más de cien años. Recientemente logramos obtener una sustancia extraña que se comporta como si su masa fuera negativa. Esto abre una nueva área de investigación.
Cómo estabilizar un agujero de gusano
Un agujero de gusano no vive mucho en el espacio-tiempo. Su cuello colapsa debido a la gravedad, sin siquiera tener tiempo de pasar un rayo de luz. Para hacerlo transitable, se requiere una sustancia con una masa negativa, que crea un efecto antigravedad, la llamada materia exótica. A través de un agujero de gusano similar, puedes llegar a otro universo. Esta idea se utilizó en la película de ciencia ficción "Interstellar", por sugerencia del físico teórico estadounidense, premio Nobel Kip Thorne.
norte
“Kip Thorne es un físico fundamental, por lo que se olvida de la tecnología. ¿Cuánta energía se requiere para esto? ¿Cómo garantizar la utilización del exceso de calor para una planta de energía de este tipo? En física teórica, se permite mucho, pero cualquier tecnología real está sujeta a restricciones en forma de principios de termodinámica, la ley de conservación de la energía, la teoría especial de la relatividad. Me recuerda las fantasías de hace un siglo, cuando se creía que se podía convertir cualquier sustancia en energía pura y volar a las estrellas con esta. En teoría, sí, cualquiera. Y prácticamente - sólo uranio, plutonio y deuteruro de litio, pero también hay grandes problemas con ellos , comenta a RIA Novosti Anton Pervushin, escritor de ciencia ficción, especialista en historia de la cosmonáutica.
Cazando a la velocidad de la luz
Si los cuerpos ordinarios atraen todo, los cuerpos con masa negativa rechazan. ¿Podría existir en la naturaleza materia con una propiedad tan extraña? En 1954, el físico Herman Bondi de Cambridge demostró teóricamente que no existen leyes que prohíban sustancias con masa negativa. Una partícula de materia ordinaria, escribe el físico Richard Hammond de la Universidad de Carolina del Norte, debe huir de una partícula con masa negativa, y esa partícula la persigue. Tal par comenzará a acelerar, acercándose gradualmente a la velocidad de la luz. ¿Se puede utilizar esto para crear un motor para una nave interplanetaria? “La idea, por desgracia, es una locura. Con la aceleración, la masa crece, según la teoría especial de la relatividad. Además, a medida que se acerca a la velocidad de la luz, la masa tiende al infinito. Debido a que aumentará la masa negativa de la partícula "repulsiva",y ad infinitum? En realidad, estas partículas se repelerán entre sí y se dispersarán hasta que se encuentren fuera de los límites de sus campos gravitacionales, y allí continuarán su vuelo libre o interactuarán con otras partículas”, dice Pervushin.
Una partícula con masa gravitacional negativa persigue a una partícula ordinaria. Ilustración de RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
Video promocional:
Contra toda intuición
En 2017, un artículo de físicos estadounidenses de la Universidad Estatal de Washington que recibieron una sustancia extraña en el laboratorio, que no aceleró en la dirección en la que fue empujada, como prescribe la segunda ley de Newton, hizo mucho ruido. Esto es posible solo si su masa inercial es negativa. Con la ayuda de un láser, los físicos crearon un superfluido de átomos de rubidio, los enfriaron a una temperatura casi del cero absoluto y surgió un estado especial de la materia: el llamado condensado de Bose-Einstein, en el que los átomos se mueven muy lentamente. Con el mismo láser, una nube de condensado de Bose-Einstein estaba, por así decirlo, encerrada en un área separada del espacio y obligada a cambiar el giro: existe una característica cuántica de las partículas. Cuanto más empujaba esta nube, más aceleraba en la dirección opuesta a la fuerza aplicada. Como si un jugador de tenis estuviera golpeando la pelota y volara hacia él,y no al oponente.
Para golpear la pelota de la sustancia con masa negativa hacia el oponente, el jugador de tenis debe empujarla aún más fuerte hacia sí mismo. Ilustración de RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Estos resultados fueron explicados por teóricos de Australia, Gran Bretaña y Rusia. Sin embargo, en este caso estamos hablando de la masa efectiva, una solución matemática al describir el condensado de Bose-Einstein, y no de la propiedad fundamental de la materia. Un electrón en un cristal adquiere una masa efectiva negativa debido a la interacción espín-órbita, dice Sergei Baranov, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Investigador Principal en el Laboratorio de Interacción Radiación-Materia en FIAN. “Considere un satélite en órbita. Si intentamos frenarlo (aplicar una fuerza contra la velocidad), el satélite se moverá a una órbita más baja y su velocidad no disminuirá, sino que aumentará. Y la energía cinética, a pesar del trabajo negativo que se le ha hecho también. Y si aceleramos el satélite, empujándolo desde atrás, la velocidad disminuirá, bueno, lo que no es masa negativa. De hecho, la ganancia (o pérdida) paradójica de energía cinética se compensa con la pérdida (o ganancia) de energía potencial, ya que el satélite está en el campo de gravedad. La masa efectiva negativa es el resultado de la interacción con el entorno (y es imposible sin el entorno externo), ya sea un cristal o un campo de gravedad, o algún otro campo externo. Pero en la física moderna hay una afirmación más fuerte: cualquier masa es siempre el resultado de la interacción con el medio ambiente”, explica Sergei Baranov. Pero en la física moderna hay una afirmación más fuerte: cualquier masa es siempre el resultado de la interacción con el medio ambiente”, explica Sergei Baranov. Pero en la física moderna hay una afirmación más fuerte: cualquier masa es siempre el resultado de la interacción con el medio ambiente”, explica Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
