Zespół projektu ALPHA przeprowadził najdokładniejszy jak dotąd eksperyment dotyczący pomiaru zachowania neutralnej antymaterii w polu grawitacyjnym. W zależności od wyników może to otworzyć drzwi do niesamowitych nowych technologii. Wiele technologii science fiction pozostanie w sferze fikcji przez długi czas (lub na zawsze), chyba że zmieni się fizyka. Ale wiele eksperymentów może to sprawdzić?
Marzenie o natychmiastowej komunikacji, międzygwiezdnych statkach kosmicznych i możliwości podróżowania w czasie to oklepane frazesy science fiction. Pod wieloma względami reprezentują największe nadzieje ludzkości, a mimo to polegają na technologii, która wykracza poza to, co jest obecnie znane. Jednak stale przeprowadza się i rozwija nowe eksperymenty. Jeśli mamy szczęście, co możemy znaleźć za horyzontem? Ethan Siegel z Medium.com odpowiada na następujące pytanie:
„Zakładając, że mamy szczęście, jakie eksperymenty naukowe w ciągu następnych kilku dekad mogą otworzyć przed nami możliwości science fiction?”
Istnieją fantastyczne możliwości, które mogą wstrząsnąć naszą rzeczywistością pod koniec XXI wieku.
Każda zbudowana rakieta wymaga paliwa. Ale gdybyśmy mieli stworzyć silnik ciemnej materii, nowe paliwo można by znaleźć dosłownie na każdym kroku w całej galaktyce.
Ciemna materia może być nieograniczonym źródłem paliwa, którego nie musimy nosić ze sobą
Film promocyjny:
Jedną z największych tajemnic nauki jest tak naprawdę natura ciemnej materii. Wiemy, że istnieje poprzez obserwację pośrednią i wiemy, że jest go dużo. Jeśli zsumujesz całą zwykłą materię w dużej galaktyce, okaże się, że ciemnej materii jest pięć razy więcej. I prawie na pewno składa się z cząstek o pewnych wspólnych właściwościach:
- mają masę
- nie mają ładunku elektrycznego ani kolorowego
- oddziałują grawitacyjnie
- muszą na pewnym poziomie zderzyć się ze sobą i / lub ze zwykłą materią
Ze słynnego wzoru Einsteina E = mc2 dowiedzieliśmy się, że ciemna materia zawiera ogromną ilość energii: pięć razy więcej niż cała zwykła materia razem wzięta. Jeśli wszechświat jest dla nas dobry, możemy spróbować go wydobyć.
Rozkład masy Abell 370, zrekonstruowany przy użyciu soczewkowania grawitacyjnego, ukazuje dwa duże, rozproszone halo masowe odpowiadające ciemnej materii dwóch łączących się gromad. Ciemnej materii jest pięć razy więcej w pobliżu i wewnątrz jakiegokolwiek nagromadzenia zwykłej materii.
Wiele eksperymentów poszukuje zderzeń ciemnej materii zarówno ze zwykłą materią, jak iz samą sobą. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa typy cząstek: fermiony (o spinie półcałkowitym) i bozony (o spinie całkowitym). Jeśli ciemna materia jest bozonem, oznacza to, że najprawdopodobniej jest to jego własna antycząstka, co oznacza, że jeśli weźmiesz dwie cząsteczki ciemnej materii i zmusisz je do wzajemnego oddziaływania, unicestwią się one wzajemnie. A jeśli zostaną zniszczone, wytworzą czystą energię. Innymi słowy, jest to darmowe, nieograniczone źródło energii, które jest dostępne wszędzie iw dużych ilościach. I nie musisz go nawet zabierać ze sobą, jeśli zdecydujesz się przekroczyć Wszechświat. Dlatego, kiedy słyszysz o eksperymentach w poszukiwaniu ciemnej materii, nieograniczona, darmowa energia jest naszym ostatecznym, pożądanym celem.
Ilustracja pola warp Star Trek, które zmniejsza przestrzeń przed nim, wydłużając przestrzeń za nim
Antymateria może mieć ujemną masę, co oznacza, że może być kluczem do napędu warp
Jeśli chcesz podróżować do gwiazd, konwencjonalne źródła energii i paliwa pozwolą Ci dotrzeć z ogrodzenia tylko do pory obiadowej. Albo będą poruszać się nie szybciej niż prędkość światła. Najbliższa gwiazda typu słonecznego z potencjalnie zdatnymi do zamieszkania światami, Tau Ceti, znajduje się około 12 lat świetlnych od nas. Oznacza to, że sama podróż w obie strony zajmie co najmniej połowę twojego życia. Ale gdybyśmy mogli zmniejszyć przestrzeń przed nami, podróżując przez przestrzeń międzygwiazdową, jednocześnie rozszerzając ją za nami, moglibyśmy się tam dostać znacznie szybciej. Taki był pomysł astrofizyka Miguela Alcubierry w 1994 roku, który później sformalizował go zgodnie z kanonami ścisłej nauki.
Dopiero teraz do rozwiązania Alcubierry potrzebna jest masa ujemna
Aby uzyskać prawidłową konfigurację czasoprzestrzeni wymaganą do przyspieszenia napędu warp, muszą być spełnione dwa warunki: kolosalna ilość energii i istnienie ujemnej masy. Ta ujemna masa, która jest nadal znana tylko na papierze, jest potrzebna do prawidłowej krzywizny czasoprzestrzeni, a tym samym do ruchu osnowy. Ale nigdy nie mierzyliśmy masy cząstek antymaterii; spadają „w dół” lub „w górę” w polu grawitacyjnym, to wciąż nie jest znane. Eksperyment ALPHA CERN mierzy obecnie grawitacyjne efekty antymaterii i jej zachowanie w polu grawitacyjnym. Jeśli odpowiedzią jest „opadnięcie” w polu grawitacyjnym, po prostu uzyskamy naszą ujemną masę i zmontujemy napęd warp.
Narzędzie Virtual IronBird umożliwia tworzenie sztucznej grawitacji, ale wymaga dużo energii i pozwala na zapewnienie tylko określonej siły dośrodkowej. Prawdziwa sztuczna grawitacja wymagałaby masy ujemnej
Masa ujemna pozwoliłaby nam również na stworzenie sztucznej grawitacji
Ta sama możliwość - istnienie ujemnej masy we Wszechświecie - pozwoliłaby nam stworzyć sztuczne pole grawitacyjne. Istnienie ładunków dodatnich i ujemnych w elektromagnetyzmie pozwala nam tworzyć przewodniki, manipulować polami elektrycznymi i ekranować te pola elektryczne. Grawitacja, w obecnym rozumieniu, ma tylko jeden rodzaj ładunku: masę dodatnią. Istnienie masy ujemnej pozwoliłoby nam stworzyć prawdziwe środowisko o zerowej grawitacji i dałoby nam możliwość stworzenia sztucznego pola grawitacyjnego o dowolnej wielkości między dwoma układami o masie dodatniej i ujemnej.
Idea podróży w czasie stale pojawia się w science fiction. Ale jeśli we wszechświecie istnieją zamknięte, podobne do czasu krzywe, jest to nie tylko możliwe, ale nieuniknione.
Obracający się wszechświat pozwoliłby nam cofnąć się w czasie
Jednocześnie podróże w czasie są nie tylko możliwe, ale także nieuniknione … w przód. Ponieważ przestrzeń i czas są połączone strukturą czasoprzestrzeni, będzie to wymagało znacznych wstrząsów w fizyce, którą znamy, aby czas płynął w przeciwnym kierunku. W kosmosie powrót do pierwotnego położenia jest dość prosty: robi to sama Ziemia, obracając się wokół Słońca, ale jednocześnie przechodzi znaczną odległość do przodu w czasie, to znaczy mija czas, około jednego roku. „Zamknięta krzywa przypominająca przestrzeń” jest łatwa do wykonania. Jednak aby powrócić do punktu wyjścia w czasie, będzie potrzebne coś niezwykłego: „zamknięta krzywa podobna do czasu” jest cechą, która nie istnieje w naszym rozszerzającym się, wypełnionym materią Wszechświecie. Chyba że wszechświat się kręci.
We wszechświecie, który się obraca, istnieje dokładne rozwiązanie, w którym gęstość materii i stała kosmologiczna (inaczej energia ciemna) mają określone wartości, a wszechświat powinien mieć zamknięte, podobne do czasu, krzywe. Do tej pory nakładaliśmy jedynie ograniczenia na ogólną, globalną rotację Wszechświata, ale nie wykluczaliśmy go całkowicie. Jeśli wszechświat obraca się z określoną prędkością, która jest równoważona przez daną gęstość materii i stałą kosmologiczną, absolutnie możliwe będzie cofnięcie się w czasie i powrót do miejsca, w którym zacząłeś, nie tylko w przestrzeni, ale także w czasoprzestrzeni. Przeglądy na dużą skalę struktur głębokiego nieba, które mogą zapewnić obserwacje z obserwatoriów WFIRST lub LSST, mogą ujawnić taką rotację, jeśli w ogóle.
Obraz koncepcyjny satelity WFIRST NASA, który poleci w kosmos w 2024 roku i zapewni nam najdokładniejsze pomiary ciemnej energii, a także dokona innych odkryć
Zawsze istnieją bardziej egzotyczne możliwości, niż pozwala na to nauka - teleportacja obiektów fizycznych, natychmiastowy ruch między otwartymi miejscami (tunelami czasoprzestrzennymi) lub komunikacja szybsza niż prędkość światła - ale będzie to wymagało znacznie bardziej złożonych tańców z tamburynami niż prostego eksperymentu z dwoma możliwymi wynikami. Jednak szukamy dalej. Nauka nie jest historią jednostronną. To ciągła historia detektywistyczna, w której każde odkrycie, każdy punkt danych i każdy eksperyment nieuchronnie prowadzi do głębszych pytań w przyszłości. Ważne jest, aby po drodze zachować otwarty umysł.
Ilya Khel