Як відомо, драконів немає. Ця примітивна 
констатація може задовольнити лише розум простака, але не вченого; банальність буття встановлена дуже давно і не заслуговує на більше жодного слівця. ГеніальнийЦереброн Емдеертій, атакувавши проблему методами точних наук, встановив, що є три типи драконів: нульові, уявні та негативні. Всі вони, як було сказано, не існують, проте кожен тип - на свій особливий зразок.
(Станіслав Лев "Кіберіада")
Вивчаючи природу, вчений, якщо це справжній вчений, обов'язково підходитиме до тієї межі, за якою починається неможливе. І якщо це справжній учений, то він, звичайно, намагатиметься зазирнути в це неможливе. Але оскільки він - справжній учений, то він змушений буде визнати, що в цьому самому неможливому його наука безсила.
Фізика дає прекрасний набір інструментів вивчення можливого, але неможливого всі ці інструменти непридатні. Для неможливого потрібно щось інше, що лежить поза фізики. Тому фізика неможливе не вивчає. Фізика чесно говорить: це лежить за межами моєї компетенції. А якщо хтось, видаючи себе за вченого, починає пояснювати неможливе за допомогою фізики, чи якоїсь іншої природної науки, то можна сміливо стверджувати, що перед нами не вчений, а шарлатан.
А хто ж тоді може вивчати неможливе? Хто має необхідний для цього набір інструментів? Таким набором інструментів може мати художник. Художник у сенсі слова. Багато хто, напевно, знає, що слово «артист» з латини перекладається як «художник», і означає не тільки того, хто пише картини, а будь-кого творчої людини. В українській мові є аналогічне слово: «митець», тобто людина мистецтва. Людина мистецтва зі своїм художнім сприйняттямсвіту може орієнтуватися у цьому, що лежить межею можливого.
Але в артиста, у художника інше лихо, він не знає туди дороги. Адже, щоб потрапити у неможливе, треба пройти шлях можливого, а можливе лежить у компетенції вченого, а чи не художника. Виходить, що художник може потрапити у неможливе лише випадково. І такі випадкові попадання туди, такі прогулянки неможливим для нього можуть бути дуже небезпечними. Тут можна згадувати долю Гоголя, Достоєвського, Булгакова – для кожного з них проникнення у неможливе не пройшло безболісно. Щоб входити в неможливе і виходити з нього без важких наслідків, треба добре знати дорогу туди й назад. А дорогу цю знають вчені насамперед фізики. Отже, щоб стикатися з неможливим, треба добре освоїтися у можливому.
Взагалі, що в нас виходить? У нас є вчені, які знають дорогу в неможливе і назад, але не знають, як орієнтуватися в неможливому, і є художники, які вміють там орієнтуватися, але не знають дороги. Така ось засідка. Тому головним інтелектуальним завданням XXI століття я вважаю створення такого пізнавального апарату, який поєднає науку та мистецтво. А головним педагогічним завданням XXI століття я вважаю створення такої системи освіти, яка зможе готувати людей розвинених всебічно, які володіють як науковим підходом, і художнім чуттям. Якщо зараз є поділ людей на технарів і гуманітаріїв, або, як ще говорять на фізиків і ліриків, то в майбутньому кожна людина, що поважає себе, повинна стати і фізиком, і ліриком одночасно.
Власне для цього я й створюю цей цикл.
Минулого разу, говорячи про об'єкти абсолютного холоду, я сказав, що такі об'єкти повинні складатися не з молекул, а з чогось принципово іншого, що має принципово інші властивості. Про які властивості йдеться? Насамперед, про масу.
Температура, як ми пам'ятаємо, це міра енергії молекул, з яких складається тіло. А енергія руху молекул або їх кінетична енергія залежить від двох параметрів: від швидкості та від маси. Від швидкості до більшою міроюніж від маси. Залежність кінетичної енергії від маси – лінійна, а залежність кінетичної енергії від швидкості – квадратична. Тобто якщо масу збільшити вдвічі, то й кінетична енергія зросте вдвічі, а якщо швидкість збільшити вдвічі, то кінетична енергія зросте вчетверо. А якщо втричі, то – у дев'ять разів, вчетверо – у шістнадцять, і так далі, – це квадратична залежність.
Так ось, якими мають бути маса і швидкість молекул, щоб їхня кінетична енергія, а, отже, і температура тіла, що з них складається, була негативною? Або у цих молекул має бути негативна маса, або - уявна швидкість. Але уявні числа - це така математична абстракція, що уявити собі уявну швидкість навіть я не можу, при всій моїй уяві, а ось негативна маса - це, хоч і неможливе, але таке, що можна собі уявити.
Насамперед, що таке маса? Ті, хто зовсім не знають фізики, плутають масу з вагою, але я сподіваюся, що тут таких немає. Отже, маса – це міра інертності (не плутати з інерцією!). У кожного фізичного тілає така невід'ємна властивість як інертність. Інертність – це властивість тіла зберігати свій стан. Або це стан спокою, нерухомості, чи навпаки - стан руху. Наприклад, м'ячик зрушити легко, а шафа важко. Велосипед зупинити легше, ніж вантажний автомобіль. Це інертність. А кількісний захід інертності називається масою. Маса тіла може бути більшою, може меншою, але вона завжди більша за нуль. Отже, і інерція тіла завжди позитивна.
А що означає негативна маса, якщо така десь буде виявлена? Це означає, що тіло має негативну інертність. Як виражається позитивна інертність? Ми м'ячик штовхаємо, він котиться, ми перешкоджаємо його руху, він зупиняється. Це – природно, це – позитивна інертність. Отже, як поводитиметься тіло з негативною інертністю та негативною масою? Воно поводитиметься суворо навпаки: ми його штовхаємо вперед, воно рухається назад, ми його намагаємось зупинити, воно розганяється. Таких тіл, тіл з негативною інерцією виявлено не було, і цілком можливо, що в нашому Всесвіті таких тіл не існує. А ось за межами Всесвіту…
Якщо згадати мої попередні випуски, то в них я кілька разів намагався заглянути за межі нашого Всесвіту, за межі можливого. Коли я говорив про обрій подій, про чорні діри, про надсвітлові швидкості, про зворотний перебіг часу і, нарешті, про температури нижче абсолютного нуля.
Отож, з чого має складатися тіло з негативною масою? Не з молекул, та якщо з чогось принципово іншого, з частинок, маса яких теж - негативна. Але якщо маса частинок - негативна, значить, і їхня кінетична енергія - теж негативна (якщо хтось пам'ятає, формулу кінетичної енергії -
mv 2 /2). Але якщо їхня кінетична енергія – негативна, значить, і міра середньої кінетичної енергії таких частинок, тобто температура – теж буде негативною. Вірніше, це вже не зовсім температура, оскільки таке тіло складається з не зовсім молекул.
Ще цікаво подумати над тим, як поводитимуться такі не зовсім молекули, адже у них буде негативна інертність, отже, при взаємних зіткненнях вони рухатимуться не так, як звичайні молекули. І притягуватись між собою і відштовхуватись вони будуть абсолютно ненормальним чином. Які структури можуть утворювати такі частинки, про це ви можете пофантазувати самостійно.
А поки що зупинимося ще на одній фізичній величині, яку так само називають масою. Дивно, чи не так? Дві фізичні величини, а називаються однаково? Чи буває таке? Виявляється, буває. Є маса, яка є мірою інертності, а є й інша маса, яка є мірою іншої невід'ємної властивості тіла – мірою гравітації. Гравітації я вже частково стосувався, коли говорив про чорні діри. Ось тепер зупинимося на ній детальніше.
У теоретичній фізиці негативна маса - це концепція про гіпотетичну речовину, маса якої має протилежне значення масі нормальної речовини (також як електричний заряд буває позитивний і негативний). Наприклад, −2 кг. Така речовина, якби вона існувала, порушувала б одну або кілька енергетичних умов і проявляла деякі дивні властивості. За деякими спекулятивними теоріями, речовину з негативною масою можна використовувати для створення червоточин (кротових нір) у просторі-часі.
Звучить як абсолютна фантастика, але...
Фізики з Вашингтонського університету (University of Washington) вперше в історії науки відтворили умови, за яких матерія, певний вид рідини, демонструє властивості "негативної маси". Поведінка цієї рідини повністю відповідає поняттю негативної маси, при додатку до неї вектора сили, що діє у певному напрямку, ця рідина починає рухатися з прискоренням у протилежному напрямку. Такий ефект важко отримати навіть у лабораторних умовах, "але його можна використовувати для вивчення та пояснення деяких раніше незрозумілих астрофізичних явищ" - пояснює Майкл Форбс (Michael Forbes), професор фізики та астрономії з Вашингтонського університету.
З гіпотетичної точки зору матерія може мати негативну масу так само, як електричні заряди мають позитивну або негативну полярність. Люди дуже рідко замислюються про цей аспект, адже в навколишньому світі проявляється лише "позитивна" сторона маси. Згідно з другим законом Ньютона, якщо ви докладете до якогось об'єкта постійну силу, він почне рухатися з постійним прискоренням у напрямку дії цієї сили.
"На основі Другого закону Ньютона діє майже все, що ми бачимо навколо себе", - розповідає Майкл Форбс.
Малюнок 1. Анізотропне розширення конденсату Бозе – Ейнштейна з різними коефіцієнтами сили зчеплення. Реальні результати експерименту позначені червоним, результати передбачення у симуляції – чорним
Нижня діаграма - це збільшений фрагмент середнього кадру в нижньому ряду малюнка 1. На нижній діаграмі показано одновимірна симуляція загальної щільності як функції іноді в регіоні, де вперше проявилася динамічна нестабільність.
Як рідина з негативною масою виступав так званий конденсат Бозе-Ейнштейна, хмара з атомів рубідії, охолоджених практично до температури абсолютного нуля. У таких умовах тепловий рух частинок практично зупиняється і завдяки висування на перший план законів квантової механіки ця хмара атомів набуває хвильової функції і поводиться як один великий цільний атом. Крім цього, конденсат Бозе-Ейнштейна за рахунок синхронного руху атомів має властивості суперрідини, надплинної рідини, коефіцієнт в'язкості якої дорівнює нулю.
За допомогою світла лазерів з певними параметрами вчені уповільнили практично до повної зупинки атоми рубідії, а ті "гарячі" атоми, які не вдалося сповільнити, були вигнані з пастки за допомогою того ж лазерного світла. Пастка, в яку було "загнано" конденсат Бозе-Ейнштейна, мала сферичну форму і розмір всього в 100 мікрон. У цей момент у конденсату ще була проста "позитивна" маса, але навмисне порушення цілісності пастки призвело до порушення ідеальної сферичної форми конденсату і атоми рубідія звернулися назовні пастки.
І в цей момент почалося все найцікавіше. Вчені використали набір додаткових лазерів, які змінили напрямок обертання атомів рубідії. І після такої "обробки" суперрідина конденсату набула властивостей негативної маси. "Щойно атоми доходять до межі переходу маси з позитивної в негативну область, вони різко прискорюються у зворотному напрямку", - розповідає Майкл Форбс, - "Це схоже на те, що атоми рубідії ніби відбиваються від невидимої стіни".
Вищеописана методика отримання матерії з "негативною" масою дозволила вченим уникнути деяких проблем та неприємностей, з якими стикалися вчені під час попередніх подібних спроб. "Завдяки повному та точному контролю всіх параметрів експерименту, нам вдалося відтворити умови, за яких в експериментальній галузі виникає чітка межа "зміни полярності" маси матерії", - розповідає Майкл Форбс, - "Щось подібне може відбуватися і в надрах екзотичних астрономічних об'єктів, таких, як нейтронні зірки, чорні дірки та щільні скупчення темної матерії, тепер ми маємо можливість експериментувати та моделювати в лабораторних умовах фундаментальні явища, які відбуваються лише в дуже специфічній навколишньому середовищівищезгаданих космічних об'єктів"
Для того, щоб бути в курсі нових постів у цьому блозі є канал Telegram. Підписуйтесь, там буде цікава інформація, якої немає у блозі!
А ось нам уже обіцяють, що незабаром Самопоточна рідина потече в крани сама і зараз у нас йде Шосте вимирання. Нещодавно був вирощений штучний мозок і вперше успішно заморозили і розморозили органи.
Збережено
Чергова «наукова» сенсація з-за кордону змусила здригнутися – настільки дурною вона виявилася. Деякі вчені заявили, що змогли, мовляв, досягти ефекту «негативної маси», а мережеві журналісти рознесли цю квітневий жартза виданнями. Проаналізуємо статтю Іллі Хель з hi-news.ru про цю подію.
У новині йдеться про те, що фізики Вашингтонського університету створили рідину з негативною масою. Ознакою такої маси фізики вважають ось що: «Клацніть її, і, на відміну від усіх фізичних об'єктів у світі, які ми знаємо, вона не прискориться за поштовхом. Вона прискориться в зворотний бік». Таке заявив Майкл Форбс, доцент, фізик та астроном Вашингтонського університету, а саме дослідження з'явилося у Physical Review Letters.
Далі пояснюється, що гіпотетично речовина, нібито, може мати негативну масу, мовляв, у тому сенсі, в якому електричний заряд може бути як негативним, так і позитивним. А ілюстрацією цього фізики наводять «Другий закон» Ісаака Ньютона – сила, що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення, що повідомляється цією силою.
Далі, певне, сам Ілля Хель роз'яснює цей «закон»: «Якщо ви штовхнете об'єкт, він прискориться у напрямі вашого поштовху. Маса прискорить його у напрямі сили». А Форбс стверджує, що «ми звикли саме до такого стану справ» і додає: «З негативною масою, якщо ви щось штовхнете, воно прискориться до вас».
Так ось, шановні фізики із США слабо знають фізику. Давайте розберемося у їхніх заявах. По-перше, немає жодної роботи у світі, в якій би було розкрито фізичну сутність маси. По-друге, у світі немає жодного визначення цієї фізичної величини. Тобто ніхто у світі на сьогоднішній момент не знає, що таке багато. Пошук визначення та виявлення сутності маси – це одне з найактуальніших завдань сучасної фізики.
Як виходять із цієї ситуації фізики? Вони виводять масу з «Другого закону» Ньютона, того самого, який згадують у статті. Проте, певне, ці фізики не читали роботи Ньютона. А він запровадив ТАКУ масу як коефіцієнт пропорційності, а не як фізичну величину. Тобто з масою, взятою з «Другого закону» Ньютона, жодних операцій не можна робити.
Сьогодні масою позначають інерцію – а вона таки перешкоджає прискоренню, тобто, за версією авторів статті, поводиться як негативна маса. І ця помилка – наслідок нерозуміння фізиками зі США. фізичної сутностімаси.
Тепер про «Другий закон» Ньютона. Це не є закон. Це звичайний вираз для нової фізичної величини, яка в цьому виразі позначена літерою F і названа словом Сила. Таким чином записуються багато фізичних величин, наприклад, l = vt (шлях дорівнює добутку швидкості на час), або S = ab (площа дорівнює добутку довжини на ширину) і т.д.
Насправді, це не так. Навіть якщо дотримуватися «законів» Ньютона, то з них видно, що маса породжує центральну силу гравітації, тобто маса має центрально-стрімкі властивості, де є тільки 0 і нескінченність. Ніяких плюсів та мінусів. Тому фізика давно дійшла висновку: маса може бути або дорівнює нулю, або мати позитивне значення.
Тепер поясню, що таке багато. Працюючи над Єдиною теорією поля, мені вдалося дещо просунутися у цьому напрямі. Маса – це складна фізична величина, До складу якої входить: 1) кількість частинок в «тілі», 2) їх рух, 3) геометрія траєкторії руху, 4) ймовірність знаходження частинок у тому чи іншому місці цієї траєкторії. І найголовніше – в одного тіла існує безліч мас. Цю властивість відкрив у ХІХ столітті відомий фізик Мах, але тоді він не зміг його пояснити.
Тому, впливаючи на масу силою, за її рухом не можна судити про знак цієї маси. Наведу приклад. Якщо взяти тіло, що обертається - дзига, - і прикласти до нього силу, то тіло рушить у напрямку, перпендикулярному прикладеній силі. І це властивість гіроскопа проходять з фізики у школі. Ось вам і негативна маса! Фізики зі США просто не ходили до 8 класу.
Більше того, вони самі описують свій експеримент, який вони проводили з тілом, що обертається. Ось як описується робота «геніїв»: «Разом із колегами він створив умови для негативної маси, охолоджуючи атоми рубідії до стану практично абсолютного нуля і створюючи цим конденсат Бозе – Ейнштейна. У цьому стані, передбаченому Шатьендранатом Бозе і Альбертом Ейнштейном, частинки рухаються дуже повільно і, дотримуючись принципів квантової механіки, поводяться як хвилі. Вони також синхронізуються та рухаються в унісон у вигляді надплинної рідини, яка тече без втрати енергії».
Не зважайте на страшні слова типу «конденсат». Дивіться на суть. Тут знову рокова помилка. Автор співвідносить низьку температуру зі швидкістю руху частинок, мовляв, вони рухаються повільно.
Але температура – це швидкість руху частинок в потоці, а швидкість руху частини в перпендикулярному йому напрямі! Наприклад, якщо рідина тече паралельно до стінки, то ніякого тиску на неї вона не здійснює. Тиск – це результат перпендикулярного удару по стінці судини. Це нам чудово донесли викладачі в інституті на кафедрі «Ракетні двигуни». Вони швидкість потоку – головний показник, із яким працюють.
Тому низькотемпературним є ламінарний потік, а високотемпературним – турбулентний. І нічого тут немає, пов'язаного із конденсатом.
Далі: «Під керівництвом Пітера Енгельса, професора фізики та астрономії Вашингтонського університету, вчені на шостому поверсі Вебстер-Холла створили ці умови, використовуючи лазери для уповільнення частинок, зробивши їх холоднішими і дозволивши гарячим, високоенергетичним частинкам вислизнути подібно до пар, ».
Тут і описується те, що лазерами вибиті частинки, що мають зайвий поперечний градієнт.
Далі: «Лазери захопили атоми, якби вони знаходилися в чаші розміром менше ста мікронів. На цьому етапі надплинний рубідій мав звичайну масу. Розрив чаші дозволив рубідії вирватися, розширюючись у міру того, як рубідій у центрі проштовхувався назовні».
У перекладі загальнозрозумілою мовою, це означає, що атоми рубідії були поміщені в інтерференційну структуру, створювану лазерами. Ця структура має складну геометрію швидкостей у собі. Тут не можна говорити про якийсь напрям.
Далі: «Щоб створити негативну масу, вчені застосували другий набір лазерів, які штовхали атоми назад і вперед, змінюючи їх спини. Тепер, коли рубідій вибігає досить швидко, він поводиться так, ніби має негативну масу. "Клацніть його, і він прискориться у зворотному напрямку", - каже Форбс. "Ніби рубідій б'ється об невидиму стіну"».
Тут виходить на сцену ще одна фізична величина – спін. Працюючи над книгою «Вакуум: концепція, будова, властивості» з приводу спини мені довелося консультуватися на кафедрі фізики одного з провідних фізичних інститутів країни. Керівник кафедри сказав мені приблизно так: «Я займаюся спином більше двадцяти років, кандидатську та докторську писав про нього, краще за мене фахівців немає, але і я не можу пояснити, що таке спин».
І він правий. Немає чіткого поняття, що таке спин. Тому неможливо цілеспрямовано змінити те, природу чого не розумієш. Приклад: ніхто не знає мови марсіан, тому ніхто не може міняти частину слів цієї мови.
У моїй інтерпретації, спин – це показник повернення системи у вихідний стан: через яку кількість дробових рухів система перейде в стан, який не відрізняється від попереднього. Наприклад, у звичайного кругового руху 1 коло – це спин, рівний 1. У стрічці Мёбиуса спин дорівнює 2 – потрібно послідовно переміститися з обох боків стрічки. У синуса та косинуса спин дорівнює ½.
Є багато різних варіантівале поштовхами назад і вперед спин змінити неможливо. Спін змінюється лише за допомогою зміни геометрії простору, яким здійснюється рух (стрічка Мебіуса), або за допомогою застосування іншого алгоритму для опису руху (синус, косинус).
У черговий разфізики із США зморозили дурість. Причина в тому, що вони вирішили завдання, не розуміючи суті вихідних положень. А журналісти рознесли цю «сенсацію» як ріжком.
Дослідники з Університету штату Вашингтон (США) досягли від атомів рубідії поведінки речовини з негативною ефективною масою. Це означає, що ці атоми при зовнішньому вплив не летіли у бік вектора цього впливу. В умовах експерименту вони поводилися так, ніби налітали на невидиму стіну щоразу, коли наближалися до меж області з дуже малим об'ємом. Відповідна опублікована в Physical Review Letters.Досвід був неправильно витлумачений ЗМІ як "створення речовини з негативною масою" (теоретично воно дозволяє створювати червоточини для далеких космічних подорожей). Насправді отримання речовини з негативною масою якщо і можливо, то лежить далеко за межами досяжного для сучасних наукита технологій.
Атоми рубідія змусили рухатися у бік, протилежний вектору сили, що додається до них. ЗМІ помилково сприйняли це як створення речовини з "негативною масою"
Автори роботи уповільнили лазером атоми рубідії (зменшення швидкості частки означає її охолодження). На другому етапі охолодження найбільш енергійним атомам дали залишити об'єм, що охолоджується. Це ще більше охолодило його, як випаровування атомів холодоагенту охолоджує вміст побутового холодильника. На етапі використовувався інший набір лазерів, імпульси яких змінювали спин (спрощено - напрям обертання навколо своєї осі) частини атомів.
Оскільки одні атоми в охолоджуваному обсязі продовжували мати нормальний спин, інші отримали зворотний, їх взаємодія між собою набула незвичайний характер. При нормальній поведінці атоми рубідія, зіштовхуючись, розліталися б у різні сторони. Центральні атоми виштовхували б крайні назовні, прискорюючи в напрямку докладання сили (вектора руху першого атома). Через різнобій у спинах практично атоми рубідія, охолоджені до малих часток кельвіна, після зіткнень не розліталися, залишаючись у вихідному обсязі, що дорівнює приблизно тисячною кубічного міліметра. Збоку це виглядало так, ніби вони налітали на невидиму стіну.
Дуже віддалена аналогія для групи атомів з різними спинами - зіткнення двох і більше футбольних м'ячів, бічним ударом заздалегідь закручених до обертання навколо своєї осі в різні боки. Зрозуміло, що напрямки та швидкості їхнього руху після зіткнення істотно відрізнятимуться від тих самих результатів у звичайних м'ячів. Але це не означає, що м'ячі змінили свою фізичну масу. Змінився лише характер взаємодії між собою. Також і в експерименті маса атомів не стала негативною. У гравітаційному полі вони, як і раніше, опускалися б униз. По-справжньому змінилося лише те, куди вони рухалися після зіткнень з іншими такими ж атомами, але "оберталися" навколо своєї осі в інший бік.
Те, як поводилися в досвіді атоми рубідії, відповідає визначенню негативної ефективної маси у фізиці. Ним користуються, наприклад, при описі поведінки електрона в кристалічні грати. Він формальна маса залежить від напрямку руху щодо осей кристала. Рухаючись в одному напрямку, він покаже одну дисперсію (розсіювання), в іншому – іншу. Поняття ефективної маси їм запровадили оскільки інакше в описах їх розсіювання формулами маса починала залежати від енергії, що дуже зручно для обчислень. Прикладом негативної ефективної маси можна назвати поведінку дірок у напівпровідниках, з якими має справу кожен користувач сучасної електроніки.
Більшість засобів масової інформації, включаючи російські, інтерпретували експеримент як створення речовини з негативною масою. Теоретично матерія з подібними властивостями може бути використана для утримання в робочому стані червоточин, що дозволяють далекі переміщення у просторі та часі за нульовий час. Практична можливість створення такої речовини, як і самих червоточинів, поки що не доведена. Навіть якщо воно можливе, його отримання за сучасних технічних можливостей людства малореальне.
Бажано дивитися з роздільною здатністю 1280 Х 800
"Техніка-молоді", 1990 №10, с. 16-18.
Сканував Ігор СтепікінТрибуна сміливих гіпотез