Se a massa pode ser negativa por analogia com uma carga elétrica - os cientistas vêm tentando descobrir há mais de cem anos. Recentemente, conseguimos obter uma substância estranha que se comporta como se sua massa fosse negativa. Isso abre uma nova área de pesquisa.
Como estabilizar um buraco de minhoca
Um buraco de minhoca não vive muito no espaço-tempo. Seu pescoço colapsa devido à gravidade, sem nem mesmo ter tempo de passar um raio de luz. Para torná-la transitável, é necessária uma substância com massa negativa, que cria um efeito antigravitacional - a chamada matéria exótica. Por meio de um buraco de minhoca semelhante, você pode chegar a outro universo. Essa ideia foi usada no filme de ficção científica "Interestelar" - por sugestão do físico teórico americano, Prêmio Nobel Kip Thorne.
“Kip Thorne é um físico fundamental, então ele se esquece da tecnologia. Quanta energia é necessária para isso? Como garantir o aproveitamento do calor excedente para tal usina? Na física teórica, muito é permitido, mas qualquer tecnologia real está sujeita a restrições na forma dos princípios da termodinâmica, a lei da conservação da energia, a teoria da relatividade especial. Isso me lembra as fantasias de um século atrás, quando se acreditava que você pode transformar qualquer substância em energia pura e voar para as estrelas neste. Em teoria, sim, qualquer um. E praticamente - apenas urânio, plutônio e deutereto de lítio, mas também há grandes problemas com eles , - comenta RIA Novosti Anton Pervushin, escritor de ficção científica, especialista em história da cosmonáutica.
Caçando na velocidade da luz
Se os corpos comuns atraem tudo, então os corpos com massa negativa repelem. Poderia a matéria com uma propriedade tão estranha existir na natureza? Em 1954, o físico Herman Bondi, de Cambridge, mostrou teoricamente que não existem leis que proíbam substâncias com massa negativa. Uma partícula de matéria comum, escreve o físico Richard Hammond, da Universidade da Carolina do Norte, deve fugir de uma partícula com massa negativa, e essa partícula a persegue. Esse par começará a acelerar, aproximando-se gradualmente da velocidade da luz. Isso pode ser usado para criar um motor para uma nave interplanetária? “A ideia, infelizmente, é maluca. Com a aceleração, a massa cresce - de acordo com a teoria da relatividade especial. Além disso, à medida que se aproxima da velocidade da luz, a massa tende ao infinito. Devido ao qual a massa negativa da partícula "repulsiva" aumentará,e ad infinitum? Na verdade, essas partículas vão se repelir e se espalhar até ficarem fora dos limites de seus campos gravitacionais, e aí continuarem seu vôo livre ou interagirem com outras partículas”, diz Pervushin.
Uma partícula com massa gravitacional negativa está perseguindo uma partícula comum. Ilustração de RIA Novosti. Depositphotos / vectorcreator.
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Contra toda intuição
Em 2017, um artigo de físicos americanos da Universidade Estadual de Washington que recebeu em laboratório uma substância estranha, que não acelerou na direção para onde foi empurrada, conforme prescrito pela segunda lei de Newton, fez muito barulho. Isso só é possível se sua massa inercial for negativa. Com a ajuda de um laser, os físicos criaram um superfluido de átomos de rubídio, resfriaram-nos a uma temperatura quase zero absoluta e surgiu um estado especial da matéria - o chamado condensado de Bose-Einstein, no qual os átomos se movem muito lentamente. Com o mesmo laser, uma nuvem de condensado de Bose-Einstein foi, por assim dizer, bloqueada em uma área separada do espaço e forçada a mudar o spin - existe essa característica quântica das partículas. Quanto mais empurrada esta nuvem, mais ela acelerou na direção oposta à força aplicada. Como se um tenista estivesse batendo na bola e ela voasse em sua direção,e não para o oponente.
Para acertar a bola da substância com massa negativa em direção ao adversário, o tenista deve empurrá-la com ainda mais força em sua direção. Ilustração de RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / blueringmedia.
Esses resultados foram explicados por teóricos da Austrália, Grã-Bretanha e Rússia. No entanto, neste caso, estamos falando sobre a massa efetiva - uma solução matemática ao descrever o condensado de Bose-Einstein, e não sobre a propriedade fundamental da matéria. Um elétron em um cristal adquire uma massa efetiva negativa devido à interação spin-órbita, diz Sergei Baranov, Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, Pesquisador Principal do Laboratório de Interação Radiação-Matéria da FIAN. “Considere um satélite em órbita. Se tentarmos desacelerá-lo (aplicar uma força contra a velocidade), o satélite se moverá para uma órbita inferior e sua velocidade não diminuirá, mas aumentará. E a energia cinética, apesar do trabalho negativo feito sobre ela também. E se acelerarmos o satélite, empurrando-o por trás, a velocidade diminuirá - bem, o que não é massa negativa. Na verdade, o ganho (ou perda) paradoxal de energia cinética é compensado pela perda (ou ganho) de energia potencial - já que o satélite está no campo gravitacional. A massa efetiva negativa é o resultado da interação com o ambiente (e é impossível sem o ambiente externo), seja um cristal ou um campo gravitacional, ou algum outro campo externo. Mas na física moderna há uma afirmação mais forte: qualquer massa é sempre o resultado da interação com o meio ambiente”, explica Sergei Baranov. Mas na física moderna há uma afirmação mais forte: qualquer massa é sempre o resultado da interação com o meio ambiente”, explica Sergei Baranov. Mas na física moderna há uma afirmação mais forte: qualquer massa é sempre o resultado da interação com o meio ambiente”, explica Sergei Baranov.
Tatiana Pichugina
