Уявіть собі майбутнє, де людство шукатиме методи подорожей до далеких зірок не за тисячоліття, а протягом одного людського життя. Серед безлічі теоретичних концепцій, які досліджують фізики, одна особливо цікава ідея пов'язана з рухом за допомогою комбінації позитивних та негативних мас. Хоча ця теорія виникла в середині 20 століття, глибше занурення в неї породжує глибокі питання щодо сутності матерії, енергії та гравітації, як повідомляє Ukr.Media.
Що таке негативна маса?
Об'єкти, з якими ми стикаємося щодня, мають позитивну масу: чи то м'яч, яблуко чи навіть космічний корабель, вони постійно притягуються до Землі та притягують один одного. На противагу цьому, негативна маса — це теоретична форма матерії, яка суперечить нашому загальноприйнятому розумінню. Коли на неї діє сила, вона замість того, щоб прискорюватися в напрямку цієї сили, рухається в протилежному напрямку. Таким чином, якщо сила спрямована вперед, негативна маса рухатиметься назад.
Три типи масової взаємодії
Щоб зрозуміти, як може функціонувати така система, важливо уявити чотири потенційні комбінації гравітаційних взаємодій:
1. Додатна маса з позитивною масою – стандартне взаємне тяжіння (як це спостерігається між Землею та Місяцем).
2. Негативна маса з негативною масою — вони відштовхуються одна від одної.
3. Додатна маса з від'ємною масою представляє складніший сценарій: позитивна маса «зазвичай» притягує від'ємну масу, тоді як від'ємна маса відштовхує позитивну масу. Однак, завдяки унікальним характеристикам руху від'ємної маси, обидва об'єкти прискорюються в одному напрямку, фактично рухаючись разом, намагаючись «втекти» зі свого початкового положення.
Цей третій сценарій узгоджується з концепціями двигунів, запропонованими Германом Бонді*, а пізніше Робертом Форвардом, які сприймалися як реальні космічні «двигуни», здатні теоретично забезпечувати безперервні прискорення та надзвичайно високі швидкості.
Як працює такий двигун?
Уявіть собі сценарій, коли космічний корабель з позитивною масою з'єднаний з вантажем з еквівалентною негативною масою, з'єднаним невидимим «канатом». Позитивна маса, відштовхувана негативною, рухається вперед. Негативна маса, притягувана позитивною, також рухається вперед (завдяки своїй унікальній реакції на сили). Отже, ця пара поступово прискорюється. Класичні принципи збереження енергії та імпульсу повинні залишитися незмінними, якщо процес створення та розділення пари точно враховано.
Ця система має захопливу характеристику: сумарна маса пари дорівнює нулю, а це означає, що на класичному рівні для прискорення не потрібно ні палива, ні енергії. Це вражає, але одразу ж викликає питання: чому такі пари не проявляються рясно в природі та не заселяють Всесвіт?
Проблема існування та стабільності негативної маси
На сьогоднішній день немає експериментальних доказів існування об'єктів з негативною масою. Значна теоретична проблема полягає у явищі, відомому як вакуумна нестабільність: якби такі пари могли спонтанно виникати, вони б безперервно з'являлися у вакуумі космосу, самоприскорюючись до швидкості світла та заселяючи Всесвіт. Очевидно, що природа не працює таким чином. Існують теорії, які припускають фундаментальну заборону на утворення таких пар, або що їх створення вимагає додаткової енергії, що робить цей процес надзвичайно рідкісним або навіть недосяжним.
Крім того, навіть якщо теоретичне існування негативної маси не суперечить загальній теорії відносності, ця концепція стикається з ще однією серйозною перешкодою — як насправді генерувати або утримувати негативну масу. Зрештою, вона відштовхувала б звичайну (позитивну) матерію, що унеможливлювало б її «утримання» в контейнері для експериментів або практичного застосування.
Спекуляції щодо темної енергії та потенціалу створення негативної маси
Час від часу в науково-популярній літературі висловлюється припущення, що темна енергія може служити «ресурсом» для створення негативної маси. Дійсно, темна енергія відповідає за прискорене розширення Всесвіту та має властивості, що створюють гравітаційне відштовхування через свій негативний тиск. Однак це не означає, що вона являє собою форму «негативної маси». На сьогоднішній день у темній енергії немає нічого подібного до класичної негативної маси. Її фізична природа залишається неоднозначною, що робить передчасним її включення в технології, навіть гіпотетичні.
Порівняння з іншими гіпотетичними концепціями
Двигун з негативною масою є лише однією з багатьох нетрадиційних пропозицій щодо міжзоряних подорожей. Наприклад, концепція варп-двигуна (двигуна Алькуб'єрре) також залежить від викривлення простору-часу за допомогою екзотичної матерії, але є ще менш технологічно зрозумілою та спирається на ще більше припущень щодо невідомих властивостей матерії та енергії. В обох сценаріях фізики діють на межі сучасного наукового розуміння, що підкреслює спекулятивний характер таких ідей.
Практичні виклики
Навіть у гіпотетичному сценарії, де негативна маса могла б якимось чином утворитися, залишаються численні перешкоди. Рух такої пари крізь міжзоряний простір включав би складні взаємодії з міжзоряним газом і пилом: негативна маса відштовхувала б частинки, що потенційно призводило б до нестабільності руху, а не просто до уповільнення. Також невідомо, як би зберігалася цілісність такого корабля та його систем керування, якби він складався з двох типів матерії, які «несумісні» один з одним.
Висновки
Ідея руху за допомогою комбінації позитивних та негативних мас являє собою інтригуючу інтелектуальну проблему, яка підкреслює складність, з якою ми зараз стикаємося в осмисленні гравітації, вакууму та космічних констант. Дослідження цієї концепції допомагає краще зрозуміти обмеження можливого та виявити питання, які залишаються без відповіді. Наразі це поняття продовжує провокувати нашу уяву та служить каталізатором для подальших наукових досліджень.
Посилання на першоджерела:
— Герман Бонді, «Негативна маса в загальній теорії відносності», Rev. Mod. Phys. 29, 423 (1957).
— Роберт Л. Форвард, «Рушійний рух на основі негативної матерії», Journal of Propulsion and Power, 6(1):28-37 (1990).
Джерело: ukr.media
