Можно ли создать антигравитацию?
Одним из самых удивительных фактов в науке является то, насколько универсальны законы природы. Каждая частица подчиняется одним и тем же правилам, испытывает одни и те же силы, существует в одних и тех же фундаментальных константах, независимо от того, где и когда находится. С точки зрения гравитации каждая отдельная частичка Вселенной испытывает одно и то же гравитационное ускорение или же одну и ту же кривизну пространства-времени, независимо от того, какими свойствами обладает.
Антигравитация может дать нам очень многое.
Во всяком случае, так следует из теории. На практике же некоторые вещи измерить бывает очень трудно. Фотоны и обычные стабильные частицы одинаково падают, как и ожидается, в гравитационном поле, и Земля заставляет любую массивную частицу ускоряться по направлению к ее центру со скоростью 9,8 м/с 2 . Но как бы мы ни пытались, нам ни разу не удалось измерить гравитационное ускорение антиматерии. Она обязана ускоряться так же, но пока мы не измерим, мы не можем быть уверены. Один из экспериментов направлен на то, чтобы найти ответ на этот вопрос, раз и навсегда. В зависимости от того, что он найдет, мы можем оказаться на шаг ближе к научно-технической революции.
Существует ли антигравитация?
Возможно, вы этого не осознаете, но есть два совершенно разного способа представить массу. С одной стороны, существует масса, которая ускоряется, когда вы применяете к ней силу: это m в знаменитом уравнении Ньютона, где F = ma. То же самое и в уравнении Эйнштейна E = mc 2 , из которого вы можете рассчитать, сколько энергии вам нужно для создания частицы (или античастицы) и сколько энергии вы получите, когда она аннигилирует.
Но есть и другая масса: гравитационная. Это масса, m, которая появляется в уравнении веса на поверхности Земли (W = mg) или в гравитационном законе Ньютона, F = GmM/r 2 . В случае с обычной материей нам известно, что эти две массы — инерциальная и гравитационная массы — должны быть равны с точностью до 1 части на 100 миллиардов, благодаря экспериментальным ограничениям, установленным более 100 лет назад Лораном Этвешем.
Но в случае с антиматерией мы никогда не могли все это измерить. Мы применяли негравитационные силы к антиматерии и видели, как она ускоряется; мы создавали и уничтожали антиматерию; мы точно знаем, как ведет себя ее инерционная масса — точно так же, как инерционная масса обычного вещества. F = ma и E = mc 2 работает в случае с антиматерией так же, как и с обычной материей.
Но если мы хотим узнать гравитационное поведение антиматерии, мы не можем просто взять за основу теорию; нам придется измерить ее. К счастью, в настоящее время проводится эксперимент, задача которого выяснить именно это: эксперимент ALPHA в ЦЕРН.
Одним из больших прорывов, случившихся за последнее время, стало создание не только частиц из антиматерии, но и нейтральных, устойчивых связанных состояний в них. Антипротоны и позитроны (антиэлектроны) могут быть созданы, замедлены и принуждены взаимодействовать друг с другом с образованием нейтрального антиводорода. Используя комбинацию электрических и магнитных полей, мы можем ограничить эти антиатомы и поддерживать их в стабильном состоянии вдали от материи, которая приведет к аннигиляции в случае столкновения.
Нам удалось успешно поддерживать их в стабильном состоянии в течение 20 минут за раз, что намного превышает микросекундные временные масштабы, которые обычно переживают нестабильные фундаментальные частицы. Мы обстреливали их фотонами и обнаружили, что они имеют те же спектры излучения и абсорбции, что и атомы. Мы определили, что свойства антиматерии такие же, как предсказывает стандартная физика.
За исключением гравитационных, конечно. Новый детектор ALPHA-g, построенный на канадской фабрике TRIUMF и отправленный в ЦЕРН в начале этого года, должен улучшить пределы гравитационного ускорения антивещества до критического порога. Ускоряется ли антиматерия в присутствии гравитационного поля на поверхности Земли до 9,8 м/с 2 (вниз), -9,8 м/с 2 (вверх), 0 м/с 2 (в отсутствие гравитационного ускорения) или же до какой-либо другой величины?
Как с теоретической, так и с практической точки зрения, любой результат, отличный от ожидаемого +9,8 м/с 2 , будет абсолютно революционным.
Аналог антивещества для каждой частицы материи должен иметь:
- такую же массу
- такое же ускорение в гравитационном поле
- противоположный электрический заряд
- противоположный спин
- такие же магнитные свойства
- должен связываться так же в атомы, молекулы и более крупные структуры
- должен иметь такой же спектр позитронных переходов в разнообразных конфигурациях.
Некоторые из этих свойств измерялись в течение долгого времени: инерционная масса антиматерии, электрический заряд, спин и магнитные свойства хорошо известны, изучены. Связывающие и переходные свойства измерялись другими детекторами на эксперименте ALPHA и совпадают с предсказаниями физики элементарных частиц.
Но если гравитационное ускорение окажется отрицательным, а не положительным, это буквально перевернет мир вверх дном.
В настоящее время нет такого понятия, как гравитационный проводник. На электрическом проводнике свободные заряды живут на поверхности и могут перемещаться, перераспределяя себя в ответ на любые заряды поблизости. Если у вас есть электрический заряд за пределами электрического проводника, внутренность проводника будет экранирована от этого источника электричества.
Гравитация имеет самое фундаментальное значение в сотворении всего, что нас окружает.
Но защититься от силы тяготения нет никакого способа. Нет никакого способа настроить равномерное гравитационное поле в определенной области пространства, как, например, между параллельными пластинами электрического конденсатора. Причина? В отличие от электрической силы, которая генерируется положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного «заряда» — масса/энергия. Гравитационная сила всегда притягивает и никак это не изменить.
Но если у вас будет отрицательная гравитационная масса, все меняется. Если антиматерия на самом деле проявляется антигравитационные свойства, падает вверх, а не вниз, то в свете гравитации она состоит из антимассы или антиэнергии. Согласно законам физики, которые мы знаем, антимассы или антиэнергии не существует. Мы можем представить их и представить, как они будут себя вести, но мы ожидаем, что антиматерия будет иметь нормальную массу и нормальную энергию, если речь о гравитации.
Если же антимасса действительно существует, множество технических достижений, о которых грезили писатели-фантасты многие годы, внезапно станет физически осуществимо.
- Мы можем создать гравитационный проводник, оградив себя от гравитационной силы.
- Мы можем создать гравитационный конденсатор в космосе и создать поле искусственной гравитации.
- Мы могли бы даже создать варп-двигатель, поскольку получили бы способность деформировать пространство-время так же, как того требует математического решение общей теории относительности, предложенное Мигелем Алькубьерре в 1994 году.
Это невероятная возможность, которая считается практически невозможной всеми физиками-теоретиками. Но какими бы дикими или немыслимыми не были ваши теории, вы должны подкреплять их или опровергать исключительно экспериментальными данными. Только измеряя Вселенную и подвергая ее проверкам, вы можете точно узнать, как действуют ее законы.
Пока мы не измерим гравитационное ускорение антиматерии с точностью, необходимой для определения того, падает она вверх или вниз, мы должны быть открытыми для варианта, что природа ведет себя не так, как мы от нее ожидаем. Принцип эквивалентности может не работать в случае с антиматерии; он может быть на 100% антипринципом. И в таком случае откроется мир совершенно новых возможностей. Ответ мы узнаем через несколько лет, проведя простейший эксперимент: поместим антиатом в гравитационное поле и посмотрим, как он будет падать.
Вверх или вниз, сделаете ставку? Расскажите в нашем чате в Телеграме.
Источник
Антигравитация: скорее да, чем нет
Для вас не будет секретом и сакраментальным откровением, что вся современная наука вышла из научной фантастики? Сотовая связь и глобальные сети, голография и военные спутники, а так же многое другое сначала появились в горячем воображение, а уж затем переконвертировались в материальные эквиваленты. Тем интереснее для нас становятся давно описанные и известные явления, которые тем не менее современная наука не считает практически достижимыми. Речь идёт об антигравитации или так называемой нулевой гравитации. В 20 веке о таком явлении начали говорить вполне серьезно, когда был открыт квантовый мир. Ньютоновская физика показалась убогой и несовершенной по сравнению с миром элементарных частиц, где телепортация и антигравитация были такими же привычными явлениями как падение тела на землю в нашем мире макро параметров. Однако об использовании ранее не известных свойств на более крупных объектах, чем позитроны и электроны, вопрос даже не ставился.
Вообще осознать, что же такое гравитация, пытались многие и по-разному. В 19-м веке создавались теории гравитации на основе представления об эфире — универсальной среды, заполняющей всё пространство. Частицы эфира ударяют со всех сторон равномерно, но со стороны Земли часть из них задерживается, и нас поэтому подталкивают к Земле частицы с других направлений. Эта теория очень наглядна, но приводит к неразрешимой в её рамках проблеме с объяснением отсутствия нагрева планет вследствие бомбардировки частицами эфира. Тем не менее, эфирная теория жива до сих пор в некоторых кругах, далёких от академической науки.
В 20-м веке Эйнштейн попытался дать более глубокое объяснение гравитации, заменив понятие о поле гравитации понятием о кривизне пространства вблизи массивного тела. В кривом пространстве естественное движение тоже кривое, неравномерное, тела как бы естественно скатываются в пространственную яму и никаких полей вводить не надо. Эта идея создала благодатную почву для интеллектуальных игр физиков-теоретиков, изучающих звёзды и Вселенную, и они с увлечением играют в них уже почти сто лет. Эти игры принесли пользу астрономии, инициировав ряд открытий, самое интересное из которых — чёрные дыры, которые могут быть тоннелями в пространстве-времени, ведущими в другие миры. Некоторые наблюдаемые астрономические объекты по ряду признаков действительно похожи на чёрные дыры, но напрямую это доказать пока невозможно. Однако для земных практиков эта теория не дала ничего нового, по сравнению с представлениями Ньютона, ни в расчётах, ни в объяснениях, поскольку никаких иных возможностей искривлять пространство, кроме как с помощью очень больших масс, в теории Эйнштейна нет.
Примерно несколько лет назад появились сообщения о возможном нарушении закона тяготения в масштабах Солнечной системы, когда были получены данные о необъяснимых изменениях характера движения 4-х космических зондов, добравшихся до краёв Солнечной системы. Исследователи из NASA обнаружили, что скорость зондов уменьшается быстрее, чем это следует из закона Ньютона, что свидетельствует о действии силы неизвестного происхождения. Одним из зондов является “Pioneer-10”, который был запущен к внешним планетам Солнечной системы в 1972 году, сейчас находится за Юпитером, но всё ещё доступен для радиосвязи с Землей. Изучая доплеровский сдвиг частоты радиосигнала, поступающего от зонда, учёные смогли рассчитать, сколь быстро корабль перемещается в пространстве. Его траектория тщательно отслеживается с 1980 года. Оказалось, что “Pioneer-10” снижает скорость гораздо быстрее, чем должен. Вначале предполагалось, что это может объясняться силой, возникающей при малых утечках газа, или же что корабль отклоняется от курса под действием гравитации невидимого тела, находящегося в Солнечной системе.
Затем анализ траектории другого корабля, “Pioneer-11”, запущенного в 1973 году, показал, что этот зонд также находится под действием той же загадочной силы. Именно тогда стало ясно, что учёные столкнулись с воздействием какой-то неизвестной науке силы: ведь “Pioneer-11” находился в противоположном от “Pioneer-10” конце Солнечной системы и поэтому то же неизвестное тело не могло на него влиять. Кроме того, существует предположение, что та же сила воздействовала на корабль “Галилео” на его пути к Юпитеру и на зонд “Улисс”, когда тот совершал полёт вокруг Солнца. Зонд может изменить свою скорость только за счёт выбросов вещества, например, вследствие испарения чего-либо из него. Однако учёт возможных явлений такого рода не дал удовлетворительного количественного объяснения эффекта, и единственным объяснением остаётся изменение силы притяжения. Оппоненты возражают, что изменение гравитации должно было бы сказаться и на движении дальних планет, чего явно не наблюдается.
Данных о количественных значениях отклонений от закона Ньютона в широкой прессе не сообщалось, но, скорее всего, речь может идти о небольших поправках к закону тяготения, так что на проблему антигравитации на Земле это вряд ли окажет влияние. Прямые измерения сил притяжения между массивными шарами в нормальных земных условиях проводились неоднократно, и формула Ньютона подтверждена с высокой точностью.
Некоторое время назад сообщалось о попытках обнаружить антигравитацию в масштабах галактик (мегамир). Дело в том, что астрономами давно установлен факт разбегания галактик друг от друга. По гипотезе Большого взрыва, основанной на теории Эйнштейна, такое разбегание обусловлено раздуванием пространства-времени, начавшегося с момента образования Вселенной. Это похоже на презерватив с рисунком: его надувают и детали рисунка разбегаются. Но есть и более физическая гипотеза, основанная на предположении о существовании в космосе энергии, вызывающей антигравитацию. Области с такой энергией должны быть расположены между галактиками и не наблюдаются непосредственно, но должны оказывать расталкивающее действие на галактики и вызывать искривление путей проходящих вблизи лучей света.
Подтверждение существования антигравитации в космосе было бы, конечно, великим научным открытием, хотя говорить о влиянии его на земную технологию проблематично, поскольку масштабы расстояний на Земле совсем другие.
Итак, кажется, что существующая физика гравитации ставит жирный крест на попытках разработки любых идей антигравитации. Не случайно, в солидных академических научных сообществах проекты по антигравитации до сих пор относятся к той же категории, что и проекты создания вечных двигателей. Эта аналогия не случайна. Действительно, если бы простыми средствами удалось научиться включать и выключать гравитацию, то легко построить генератор, который получает энергию просто из гравитационного поля Земли: берём массивный груз, соединённый стержнем с осью электрогенератора, выключаем гравитацию, поднимаем груз на большую высоту и включаем гравитацию, груз падает и крутит ротор генератора, потом цикл повторяется. Поскольку гравитационное поле определяется только массой Земли и не может измениться, здесь явно просматривается неисчерпаемый энергетический ресурс. А ничего неисчерпаемого в природе, как учит опыт, не бывает. Значит, допущение возможности простого управления гравитацией противоречит закону сохранения энергии, который является краеугольным камнем науки. Так что задаром управлять гравитацией невозможно. Но находятся индивиды, которые пытаются это опровергнуть.
Во второй половине 20-го века изобретатели перешли на эксперименты с вращающимися электромагнитными полями. Из появившихся в печати сообщений на эту тему можно выделить три работы: Джона Сёрла, Юрия Баурова и Евгения Подклетнова, — поскольку они, во-первых, попали в серьёзные научные журналы и, во-вторых, эти работы продолжаются и в настоящее время, несмотря на скандалы и резкую критику.
В 1946 году Джон Сёрл объявил об открытии им фундаментальной природы магнетизма. Он обнаружил, что добавление небольшой компоненты переменного тока радиочастоты (
10 MГц) в процессе изготовления постоянных ферритовых магнитов придаёт им новые и неожиданные свойства, а именно, при взаимодействии таких магнитов возникали непонятные силы, приводящие к необычным движениям системы магнитов. Сёрл разработал генератор из этих магнитов и начал с ним эксперименты. Генератор был испытан на открытом воздухе и приводился в движение небольшим двигателем. Он производил необычно высокий электростатический потенциал порядка миллиона вольт (по его утверждению), что проявлялось через электростатические разряды вблизи генератора.
Однажды произошло неожиданное. Генератор, не переставая вращаться, стал подниматься вверх, отсоединился от двигателя и взмыл на высоту около 50 футов. Здесь он немного завис, скорость его вращения стала возрастать, и он начал испускать вокруг себя розоватое свечение, свидетельствующее об ионизации воздуха. Находящийся рядом с исследователем радиоприёмник самопроизвольно включился, видимо, из-за мощных разрядов. В конце концов генератор разогнался до большой скорости и скрылся из вида, вероятно, отправившись в космос. Во всяком случае, его падения не обнаружили.
С 1952 года Сёрл с группой сотрудников изготовили и испытали более 10 генераторов, самый большой из которых был дисковидной формы и достигал 10 м в диаметре. Публиковать свои исследования в научных изданиях Сёрл отказался, но согласился сотрудничать с японским профессором Сейко Шиничи и предоставил ему описание основных моментов технологии изготовления магнитов. В 1984 году о работах Сёрла сообщил немецкий научно-популярный журнал “Raum & Zait”. В настоящее время Сёрл находится на пенсии и проектами, судя по всему, не занимается.
Идеи Сёрла привлекли энтузиастов в разных странах, в том числе, и в России, где их разрабатывают в частном порядке несколько исследовательских групп, хотя официальная наука от комментариев воздерживается. Поэтому довольно неожиданным было появление в 2000 году в солидном научном физическом журнале “Письма в ЖТФ” сообщения В.В. Рощина, С.М. Година из института высоких температур РАН, Москва, под названием “Экспериментальное исследование физических эффектов в динамической магнитной системе”. Они описали разработанный ими вариант генератора Сёрла и полученные на нём необычные результаты и странные эффекты. Одним из результатов было уменьшение на 35% веса установки, масса которой составляет 350 кг. Позже авторы выпустили книгу с подробным описанием экспериментов и своей собственной теорией явления. Какой-либо информации о продолжении этой работы найти не удалось.
Другое направление исследований в области преодоления силы тяжести связано с Ю.А. Бауровым. Более 20 лет назад, занимаясь анализом астрономических данных, он выдвинул гипотезу о существовании в нашей галактике фундаментального векторного потенциала. Как известно из физики, векторный потенциал — это ненаблюдаемая непосредственно физическая величина, градиент которой (то есть пространственная неоднородность) проявляется как магнитное поле. Используя магнитные системы, создающие большой собственный векторный потенциал, и ориентируя его относительно потенциала Вселенной, можно получить силы большой величины и использовать их для преодоления тяготения. По этой гипотезе в космосе должно существовать выделенное направление, и максимальные силовые эффекты должны наблюдаться именно в этом направлении. Бауров поставил несколько экспериментов в подтверждение своей теории, которые описал в 1998 году в изданной им книге “Структура физического пространства и новый способ получения энергии”. По-видимому, это единственное из всех направлений исследований, в котором используется не противоречащая научным положениям здравая идея. О продолжении данных исследований также ничего не известно.
Последняя из работ по антигравитации, ставшая сенсационной, связана с именем уехавшего в Финляндию в 90-е годы российского физика Евгения Подклетного. Он занимался изучением свойств сверхпроводников и в 1992 году экспериментировал с установкой, в которой использовался диск из сверхпроводящей керамики, охлаждаемый жидким азотом и раскрученный до скорости пяти тысяч оборотов в минуту. В одном из опытов Подклетнов заметил, что струйка дыма от сигареты его коллеги неожиданно более резко поднималась к потолку над диском. Последующие измерения зафиксировали уменьшение веса на 2% у любых предметов, помещённых над диском. Экранировка гравитации обнаруживалась даже на следующем этаже лаборатории. К сожалению, все последующие попытки повторить опыты Подклетнова провалились. Скандал, возникший вокруг нечаянной сенсации, стоил Подклетнову научной карьеры, а многочисленным последователям — немалых выброшенных на ветер денег. NASA потратила 600 тысяч долларов на создание собственной установки, но в конце концов её эксперты заявили, что методика российского учёного была изначально порочна.
Тем не менее, энтузиасты этого направления антигравитации остаются. Как сообщило агентство BBC, со ссылкой на альманах Jane’s Defence Weekly, американская фирма Boeing вплотную занялась работами Подклетнова для того, чтобы самостоятельно решить, насколько можно верить разнообразным слухам и газетным уткам. Дело в том, что у эффекта Подклетного имеется некоторое теоретическое обоснование. Ещё в 1989 году американская исследовательница доктор Нинг Ли, работающая в Центре космических полётов им. Маршалла, теоретически предсказала, что хорошо раскрученный сверхпроводник, помещённый в мощное магнитное поле, может стать источником гравитационного поля, причём сила этого поля будет достаточна для измерений в лабораторных условиях. В 1997 году Нинг Ли начала разработку установки, которая должна стать самым крупным в мире генератором антигравитации. Диск в её агрегате будет иметь в диаметре не менее 33 см и толщину 12,7 мм. Сам же Подклетнов, по информации немецкой газеты “Sueddeutsche Zeitung”, работает над новым прибором, который не экранирует, а отражает гравитацию, причём делает это в импульсном режиме. По его мнению, импульсный генератор гравитации скоро “будет способен опрокинуть книгу на расстоянии одного километра”. Он прогнозирует появление небольших летательных аппаратов нового типа. В общем, история с Подклетновым пока продолжается.
Осторожно исследуя исторические данные можно предположить, что антигравитация в природе скорее существует, чем наоборот, но её механизм пока совершенно не ясен. Состояние дел с экспериментами по управлению весом объектов ни в какой степени не является удовлетворительным. Довольно удивительно также, что, несмотря на многочисленность случаев свидетельств левитации, полноценного изучения этого феномена, по-видимому, никому сделать не удалось, что позволяет скептикам обоснованно сомневаться в реальности существования данного явления. Но на это можно привести следующую аналогию с шаровой молнией. Ещё лет 50 назад учёные скептически относились к свидетельствам очевидцев, полагая, что это некоторого рода зрительные феномены, возникающие во время грозы. Теперь количество наблюдений перешло некоторый порог, и уже никто не сомневается в существовании феномена. Но это ничего не изменило — по-прежнему полностью нет объяснения природы феномена и никому не удалось провести строгое экспериментальное его изучение! Профессор Капица попытался моделировать шаровую молнию в лаборатории, и даже вначале у него получались правдоподобные плазменные шарики, но продолжения этих работ не последовало, и загадка природных шаровых молний остаётся неразгаданной.
Источник
