भौतिकविदों ने ऋणात्मक द्रव्यमान वाला एक पदार्थ बनाने का दावा किया है। डार्क मैटर और डार्क एनर्जी का स्थान नकारात्मक द्रव्यमान ने ले लिया है

स्पेसटाइम में काल्पनिक वर्महोल

वाशिंगटन विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला में, 0.001 मिमी³ से कम मात्रा में बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के निर्माण के लिए स्थितियाँ बनाई गईं। कणों को लेजर द्वारा धीमा कर दिया गया और तब तक इंतजार किया गया जब तक कि उनमें से सबसे ऊर्जावान मात्रा से बाहर नहीं निकल गया, जिससे सामग्री और ठंडी हो गई। इस स्तर पर, सुपरक्रिटिकल द्रव का द्रव्यमान अभी भी सकारात्मक था। यदि बर्तन की सील टूट जाए तो रूबिडियम परमाणु बिखर जाएंगे अलग-अलग पक्ष, क्योंकि केंद्रीय परमाणु सबसे बाहरी परमाणुओं को बाहर की ओर धकेलेंगे, और वे लगाए गए बल की दिशा में तेजी लाएंगे।

एक नकारात्मक बनाने के लिए प्रभावी द्रव्यमानभौतिकविदों ने लेज़रों के एक और सेट का उपयोग किया जिसने परमाणुओं के हिस्सों की स्पिन को बदल दिया। जैसा कि सिमुलेशन भविष्यवाणी करता है, जहाज के कुछ क्षेत्रों में कणों को नकारात्मक द्रव्यमान प्राप्त करना चाहिए। इसे सिमुलेशन (नीचे चित्र में) में समय के फलन के रूप में पदार्थ के घनत्व में तेज वृद्धि से स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है।

चित्र 1. विभिन्न सामंजस्य बल गुणांकों के साथ बोस-आइंस्टीन संघनन का अनिसोट्रोपिक विस्तार। वास्तविक परिणामप्रयोग को लाल रंग में दर्शाया गया है, सिमुलेशन में पूर्वानुमान के परिणाम काले रंग में दर्शाए गए हैं।

निचला आरेख चित्र 1 की निचली पंक्ति में मध्य फ़्रेम का क्लोज़-अप है।

निचला आरेख उस क्षेत्र में कुल घनत्व बनाम समय का 1डी सिमुलेशन दिखाता है जहां गतिशील अस्थिरता पहली बार दिखाई दी थी। बिंदीदार रेखाएं परमाणुओं के तीन समूहों को अर्ध-संवेग पर वेग से अलग करती हैं, जहां प्रभावी द्रव्यमान नकारात्मक (ऊपरी रेखा) होने लगता है। न्यूनतम नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान का बिंदु दिखाया गया है (मध्य) और वह बिंदु जहां द्रव्यमान सकारात्मक मूल्यों पर लौटता है (नीचे की रेखा)। लाल बिंदु उन स्थानों को इंगित करते हैं जहां स्थानीय अर्ध-संवेग नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान के क्षेत्र में स्थित है।

ग्राफ़ की पहली पंक्ति से पता चलता है कि भौतिकी प्रयोग के दौरान, पदार्थ बिल्कुल अनुकरण के अनुसार व्यवहार करता है, जो नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान वाले कणों की उपस्थिति की भविष्यवाणी करता है।

बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट में, कण तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं और इसलिए सकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान के सामान्य कणों की तुलना में एक अलग दिशा में फैलते हैं।

निष्पक्ष होने के लिए, यह कहा जाना चाहिए कि भौतिकविदों ने प्रयोगों के दौरान बार-बार परिणाम दर्ज किए हैं जब नकारात्मक द्रव्यमान पदार्थ के गुण प्रकट हुए, लेकिन उन प्रयोगों की व्याख्या अलग-अलग तरीकों से की जा सकती है। अब अनिश्चितता काफी हद तक समाप्त हो गई है।

जर्नल में 10 अप्रैल, 2017 को प्रकाशित वैज्ञानिक लेख भौतिक समीक्षा पत्र(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, सदस्यता द्वारा उपलब्ध)। जर्नल में प्रस्तुत करने से पहले लेख की एक प्रति 13 दिसंबर 2016 को पोस्ट की गई थी, जो वेबसाइट arXiv.org (arXiv:1612.04055) पर निःशुल्क उपलब्ध है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने ऋणात्मक द्रव्यमान वाला एक तरल पदार्थ बनाया है। इसे दबाएं, और दुनिया में हम जानते हैं कि हर भौतिक वस्तु के विपरीत, यह धक्का की दिशा में तेजी नहीं लाएगा। यह विपरीत दिशा में तेजी लाएगा। वाशिंगटन विश्वविद्यालय में भौतिकी और खगोल विज्ञान के सहायक प्रोफेसर माइकल फोर्ब्स कहते हैं, यह घटना शायद ही कभी प्रयोगशाला सेटिंग में बनाई जाती है और इसका उपयोग अंतरिक्ष के बारे में कुछ अधिक जटिल अवधारणाओं का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। अध्ययन भौतिक समीक्षा पत्रों में दिखाई देता है।

काल्पनिक रूप से, किसी पदार्थ का द्रव्यमान उसी प्रकार नकारात्मक हो सकता है जिस प्रकार विद्युत आवेश ऋणात्मक या धनात्मक हो सकता है। लोग इसके बारे में शायद ही कभी सोचते हैं, और हमारी रोजमर्रा की दुनिया आइजैक न्यूटन के गति के दूसरे नियम के केवल सकारात्मक पहलुओं को प्रदर्शित करती है, जिसमें कहा गया है कि किसी पिंड पर लगने वाला बल शरीर के द्रव्यमान और उस बल द्वारा लगाए गए त्वरण के उत्पाद के बराबर है। , या एफ = मा.

दूसरे शब्दों में, यदि आप किसी वस्तु को धक्का देते हैं, तो वह आपके धक्का की दिशा में तेज हो जाएगी। द्रव्यमान इसे बल की दिशा में गति देगा।

फोर्ब्स किसी आश्चर्य की आशंका जताते हुए कहता है, ''हम इस स्थिति के आदी हैं।'' "नकारात्मक द्रव्यमान के साथ, यदि आप किसी चीज़ को धक्का देते हैं, तो यह आपकी ओर तेजी से बढ़ेगी।"

नकारात्मक द्रव्यमान के लिए शर्तें

अपने सहयोगियों के साथ मिलकर, उन्होंने रूबिडियम परमाणुओं को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करके नकारात्मक द्रव्यमान की स्थिति बनाई, जिससे बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट का निर्माण हुआ। शतेंद्रनाथ बोस और अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी की गई इस अवस्था में, कण बहुत धीमी गति से चलते हैं और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों का पालन करते हुए तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं। वे एक सुपरफ्लुइड द्रव के रूप में भी सिंक्रनाइज़ होते हैं और एक साथ चलते हैं जो ऊर्जा की हानि के बिना बहता है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय में भौतिकी और खगोल विज्ञान के प्रोफेसर पीटर एंगेल्स के नेतृत्व में, वेबस्टर हॉल की छठी मंजिल पर वैज्ञानिकों ने लेजर का उपयोग करके कणों को धीमा करके, उन्हें ठंडा बनाकर और गर्म, उच्च-ऊर्जा कणों को बाहर निकलने की अनुमति देकर ऐसी स्थितियाँ बनाईं। भाप, सामग्री को और अधिक ठंडा करना।

लेज़रों ने परमाणुओं को ऐसे कैद किया मानो वे सौ माइक्रोन से भी छोटे आकार के कटोरे में हों। इस स्तर पर, सुपरफ्लुइड रूबिडियम का द्रव्यमान सामान्य था। कटोरे के टूटने से रूबिडियम को बाहर निकलने का मौका मिला, क्योंकि केंद्र में मौजूद रूबिडियम को बाहर की ओर धकेल दिया गया और इसका विस्तार हुआ।

नकारात्मक द्रव्यमान बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने लेज़रों के दूसरे सेट का उपयोग किया जो परमाणुओं को आगे और पीछे धकेलता था, जिससे उनकी स्पिन बदल जाती थी। अब, जब रूबिडियम काफी तेजी से खत्म हो जाता है, तो यह ऐसा व्यवहार करता है मानो इसमें नकारात्मक द्रव्यमान हो। फोर्ब्स का कहना है, "इसे दबाएं और यह विपरीत दिशा में तेजी लाएगा।" "यह ऐसा है जैसे रुबिडियम एक अदृश्य दीवार से टकरा रहा है।"

प्रमुख दोषों का निवारण

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा इस्तेमाल की गई विधि ने नकारात्मक द्रव्यमान को समझने के पिछले प्रयासों में पाई गई कुछ प्रमुख खामियों से बचा लिया।

फोर्ब्स का कहना है, "पहली बात जो हमें महसूस हुई वह यह थी कि बिना किसी अन्य जटिलता के इस नकारात्मक द्रव्यमान की प्रकृति पर हमारा सावधानीपूर्वक नियंत्रण था।" उनका शोध, पहले से ही नकारात्मक द्रव्यमान के परिप्रेक्ष्य से, अन्य प्रणालियों में समान व्यवहार की व्याख्या करता है। बढ़ा हुआ नियंत्रण शोधकर्ताओं को खगोल भौतिकी में समान भौतिकी, जैसे न्यूट्रॉन तारे, और ब्लैक होल और डार्क एनर्जी जैसी ब्रह्माण्ड संबंधी घटनाओं का अध्ययन करने के लिए प्रयोगों को डिजाइन करने के लिए एक नया उपकरण देता है, जहां प्रयोग संभव नहीं हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका के वैज्ञानिकों का दावा है कि उन्होंने प्रयोगशाला स्थितियों में नकारात्मक द्रव्यमान वाला एक पदार्थ बनाया है। यह पदार्थ बहुत ही असामान्य गुणों वाला एक तरल पदार्थ है। उदाहरण के लिए, यदि आप इस तरल पदार्थ को धक्का देते हैं, तो इसे नकारात्मक त्वरण प्राप्त होगा, यानी पीछे, आगे नहीं। ऐसी विचित्रता वैज्ञानिकों को बहुत कुछ बता सकती है कि अंदर क्या चल रहा है अजीब वस्तुएं, जैसे ब्लैक होल और न्यूट्रॉन तारे।
हालाँकि, क्या किसी चीज़ का द्रव्यमान ऋणात्मक हो सकता है? क्या ऐसा संभव है?

सैद्धांतिक रूप से, पदार्थ उसी प्रकार ऋणात्मक द्रव्यमान रखने में सक्षम है जिस प्रकार विद्युत आवेश ऋणात्मक या धनात्मक परिमाण वाला हो सकता है।

यह कागज पर काम करता है, लेकिन वैज्ञानिक दुनिया में इस बात पर गरमागरम बहस चल रही है कि क्या नकारात्मक द्रव्यमान वाली किसी भी चीज़ के अस्तित्व की धारणा भौतिकी के मौलिक नियमों का उल्लंघन करती है। हमारे लिए, आम लोग, इस अवधारणा को समझना बहुत कठिन लगता है।

यांत्रिक गति का विभेदक नियम या, अधिक सरल रूप से, न्यूटन का दूसरा नियम सूत्र A=F/M द्वारा व्यक्त किया जाता है। अर्थात्, किसी पिंड का त्वरण उस पर लगाए गए बल और पिंड के द्रव्यमान के अनुपात के बराबर होता है। यदि आप एक नकारात्मक द्रव्यमान मान निर्धारित करते हैं, तो शरीर, काफी तार्किक रूप से, नकारात्मक त्वरण प्राप्त करेगा। जरा कल्पना करें, आप एक गेंद को मारते हैं और वह आपके पैर पर लुढ़क जाती है।

हालाँकि, जो हमें अजीब लगता है वह असंभव नहीं है, और उपरोक्त सैद्धांतिक अभ्यास इस बात का सबसे अच्छा संभावित प्रमाण प्रदान करते हैं कि नकारात्मक द्रव्यमान हमारे ब्रह्मांड में बिना किसी गड़बड़ी के मौजूद हो सकता है। सामान्य सिद्धांतसापेक्षता.

यह सब समझने की इच्छा ने शोधकर्ताओं द्वारा प्रयोगशाला में नकारात्मक द्रव्यमान को फिर से बनाने के सक्रिय प्रयासों को जन्म दिया, जैसा कि हम देखते हैं, कुछ सफलता के साथ भी।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने कहा कि वे एक ऐसा तरल पदार्थ प्राप्त करने में सक्षम थे जो बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करता है जैसा नकारात्मक द्रव्यमान वाले शरीर का व्यवहार करना चाहिए। और उनकी खोज का उपयोग अंततः ब्रह्मांड की गहराई में कुछ अजीब घटनाओं का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

इस अजीब तरल को बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने रूबिडियम परमाणुओं को पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करने के लिए लेजर का उपयोग किया, जिससे बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट कहा जाता है।

इस अवस्था में, कण शास्त्रीय भौतिकी के बजाय क्वांटम यांत्रिकी के अजीब सिद्धांतों का पालन करते हुए अविश्वसनीय रूप से धीमी और असामान्य रूप से चलते हैं, यानी वे तरंगों की तरह व्यवहार करना शुरू कर देते हैं।

कण भी समकालिक होते हैं और एकसमान गति करते हैं, जिससे एक सुपरफ्लुइड पदार्थ बनता है जो घर्षण के कारण ऊर्जा खोए बिना गति कर सकता है।
वैज्ञानिकों ने कम तापमान पर एक सुपरफ्लुइड तरल बनाने और इसे 100 माइक्रोन से कम मापने वाले कटोरे के आकार के क्षेत्र में रखने के लिए लेजर का उपयोग किया।

जब तक सुपरमैटर इस स्थान पर रखा रहा, तब तक इसका द्रव्यमान सामान्य था और यह बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट की अवधारणा के साथ पूरी तरह से सुसंगत था। जब तक उसे चलने के लिए मजबूर नहीं किया गया।

लेज़रों के दूसरे सेट का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने परमाणुओं को आगे और पीछे जाने के लिए मजबूर किया, जिससे उनकी स्पिन बदल गई और रूबिडियम "कटोरे" बाधा को तोड़ दिया और तेजी से बाहर निकल गया। हालाँकि, यह ऐसा था मानो इसका द्रव्यमान ऋणात्मक हो। वैज्ञानिकों के अनुसार, यह धारणा बनाई गई कि तरल को एक अदृश्य बाधा का सामना करना पड़ा और उसे इससे दूर धकेल दिया गया।

इस प्रकार, शोधकर्ताओं ने नकारात्मक द्रव्यमान के अस्तित्व के बारे में धारणाओं की पुष्टि की, लेकिन यह केवल यात्रा की शुरुआत है। यह देखा जाना बाकी है कि प्रयोगशाला स्थितियों में तरल पदार्थों का व्यवहार नकारात्मक द्रव्यमान के बारे में कुछ धारणाओं का परीक्षण करने के लिए पर्याप्त रूप से दोहराया और विश्वसनीय है। इसलिए, समय से पहले खुश न हों; अन्य टीमों को परिणाम स्वयं दोहराने होंगे।

एक बात निश्चित है, भौतिकी अधिक से अधिक दिलचस्प होती जा रही है और इसमें रुचि लेने लायक है।

1. समय केवल आगे की ओर ही क्यों बहता है? भौतिक विज्ञानी समझाते हैं, "समय वह है जो सब कुछ एक साथ घटित होने से रोकता है," रे कमिंग्स ने अपने 1922 के विज्ञान कथा उपन्यास में लिखा है...
2. वर्महोल, वर्महोल और समय यात्रा वर्महोल अंतरिक्ष-समय के माध्यम से एक सैद्धांतिक मार्ग है जो शॉर्टकट बनाकर पूरे ब्रह्मांड में लंबी दूरी की यात्रा को काफी कम कर सकता है...

1280 X 800 के रेजोल्यूशन के साथ देखने की सलाह दी जाती है

"युवाओं के लिए प्रौद्योगिकी", 1990, क्रमांक 10, पृ. 16-18.

बोल्ड परिकल्पनाओं का ट्रिब्यून

पोंक्राट बोरिसोव, इंजीनियर
नकारात्मक द्रव्यमान: अनंत तक निःशुल्क यात्रा

वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी (यूएसए) के शोधकर्ताओं ने एक नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान वाले पदार्थ के रूप में रुबिडियम परमाणुओं के व्यवहार को हासिल किया है। इसका मतलब यह है कि ये परमाणु, बाहरी प्रभाव के तहत, इस प्रभाव के वेक्टर की ओर नहीं उड़े। प्रायोगिक स्थितियों में, जब भी वे बहुत कम आयतन वाले क्षेत्र की सीमाओं के करीब पहुंचते थे, तो वे ऐसा व्यवहार करते थे मानो वे किसी अदृश्य दीवार से टकरा रहे हों। संबंधित को प्रकाशित किया गया था भौतिक समीक्षा पत्र.प्रयोग को मीडिया द्वारा "नकारात्मक द्रव्यमान के साथ एक पदार्थ बनाने" के रूप में गलत व्याख्या की गई थी (सैद्धांतिक रूप से, यह दूर के लिए वर्महोल के निर्माण की अनुमति देता है) अंतरिक्ष यात्रा). वास्तव में, यदि संभव हो तो ऋणात्मक द्रव्यमान वाला पदार्थ प्राप्त करना, प्राप्त करने योग्य से कहीं अधिक है आधुनिक विज्ञानऔर तकनीकी।

रुबिडियम परमाणुओं को उन पर लागू बल के वेक्टर के विपरीत दिशा में चलने के लिए मजबूर किया गया था। मीडिया ने इसे "नकारात्मक द्रव्यमान" वाले पदार्थ के निर्माण के रूप में गलत समझा।

कार्य के लेखकों ने रुबिडियम परमाणुओं को लेजर से धीमा कर दिया (कण की गति कम करने का अर्थ है इसे ठंडा करना)। शीतलन के दूसरे चरण में, सबसे ऊर्जावान परमाणुओं को ठंडी मात्रा को छोड़ने की अनुमति दी गई। इसने इसे और भी ठंडा कर दिया, जैसे रेफ्रिजरेंट परमाणुओं का वाष्पीकरण घरेलू रेफ्रिजरेटर की सामग्री को ठंडा कर देता है। तीसरे चरण में, लेज़रों के एक और सेट का उपयोग किया गया, जिसके स्पंदों ने परमाणुओं के हिस्से की स्पिन (सरलीकृत शब्दों में - अपनी धुरी के चारों ओर घूमने की दिशा) को बदल दिया।

चूंकि ठंडी मात्रा में कुछ परमाणुओं में सामान्य स्पिन होती रही, जबकि अन्य को विपरीत स्पिन प्राप्त हुई, एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत ने एक असामान्य चरित्र प्राप्त कर लिया। सामान्य व्यवहार के तहत, रुबिडियम परमाणु टकराएंगे और अलग-अलग दिशाओं में उड़ जाएंगे। केंद्रीय परमाणु बाहरी परमाणुओं को बाहर की ओर धकेलेंगे, जिससे उन्हें लगाए गए बल (पहले परमाणु का गति वेक्टर) की दिशा में गति मिलेगी। अभ्यास में, स्पिन में विसंगति के कारण, रूबिडियम परमाणु, केल्विन के छोटे अंशों तक ठंडा हो जाते हैं, टकराव के बाद अलग नहीं होते हैं, अपनी मूल मात्रा में शेष रहते हैं, लगभग एक घन मिलीमीटर के हजारवें हिस्से के बराबर। बाहर से ऐसा लग रहा था मानो वे किसी अदृश्य दीवार की ओर भाग रहे हों।

अलग-अलग स्पिन वाले परमाणुओं के समूह के लिए एक बहुत दूर की सादृश्यता दो या दो से अधिक सॉकर गेंदों की टक्कर है, जो पहले एक साइड इफेक्ट के साथ मुड़ती थीं जब तक कि वे अलग-अलग दिशाओं में अपनी धुरी के चारों ओर नहीं घूमतीं। यह स्पष्ट है कि टक्कर के बाद उनकी गति की दिशा और गति सामान्य गेंदों के समान परिणामों से काफी भिन्न होगी। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि गेंदों ने अपना भौतिक द्रव्यमान बदल दिया है। केवल एक-दूसरे के साथ उनकी बातचीत का स्वरूप बदल गया है। साथ ही प्रयोग में परमाणुओं का द्रव्यमान ऋणात्मक नहीं हुआ। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में वे अभी भी नीचे गिरेंगे। एकमात्र चीज जो वास्तव में बदल गई वह यह थी कि वे अन्य समान परमाणुओं के साथ टकराव के बाद कहां चले गए, लेकिन अपनी धुरी के चारों ओर दूसरी दिशा में "घूमते" हुए।

प्रयोग में रूबिडियम परमाणुओं का व्यवहार भौतिकी में नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान की परिभाषा से मेल खाता है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, क्रिस्टल जाली में एक इलेक्ट्रॉन के व्यवहार का वर्णन करते समय किया जाता है। उनके लिए, औपचारिक द्रव्यमान क्रिस्टल अक्षों के सापेक्ष गति की दिशा पर निर्भर करता है। एक दिशा में चलते हुए, यह एक फैलाव (बिखराव) दिखाएगा, दूसरे में - दूसरा। प्रभावी द्रव्यमान की अवधारणा उनके लिए पेश की गई थी क्योंकि अन्यथा, सूत्रों द्वारा उनके फैलाव का वर्णन करते समय, द्रव्यमान ऊर्जा पर निर्भर होना शुरू हो जाएगा, जो गणना के लिए बहुत सुविधाजनक नहीं है। नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान का एक उदाहरण अर्धचालकों में छिद्रों का व्यवहार है, जिससे आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स का प्रत्येक उपयोगकर्ता निपटता है।

रूसी सहित अधिकांश मीडिया ने इस प्रयोग की व्याख्या नकारात्मक द्रव्यमान वाले पदार्थ के निर्माण के रूप में की। सिद्धांत रूप में, समान गुणों वाले पदार्थ का उपयोग वर्महोल को कार्यशील स्थिति में रखने के लिए किया जा सकता है, जिससे लगभग शून्य समय में अंतरिक्ष और समय में लंबी दूरी की यात्रा की अनुमति मिलती है। इस तरह के पदार्थ, साथ ही वर्महोल बनाने की व्यावहारिक संभावना अभी तक सिद्ध नहीं हुई है। यदि यह संभव भी है, तो भी मानव जाति की आधुनिक तकनीकी क्षमताओं के साथ इसे प्राप्त करना अवास्तविक है।