Супрацоўніцтва ALPHA наблізілася да любога эксперыменту для вымярэння паводзін нейтральнай антыматэрыі ў гравітацыйным полі. У залежнасці ад вынікаў, гэта можа адкрыць дзверы да неверагодных новых тэхналогій. Малюнак: Максіміліен Брыс / CERN.

Спытай Этан: Якія навуковыя эксперыменты адкрыюць дзверы ў будучыню?

Шмат якія навукова-фантастычныя тэхналогіі застануцца ў вобласці фантастыкі, калі не зменіцца фізіка. Але некаторыя эксперыменты могуць выявіць менавіта гэта!

"Уяўленне дазваляе нам усвядоміць бязмежныя магчымасці. Хто з нас не задумваўся над канцэпцыяй бясконцасці і не ўяўляў магчымасці падарожжа ў часе? У адным са сваіх вершаў Эмілі Бронтэ параўноўвае ўяўленне з пастаянным спадарожнікам, але я аддаю перавагу разглядаць гэта як убудаваную забаўляльную сістэму. " -Александра Адонетта

Мара пра імгненную сувязь, міжзоркавыя касмічныя караблі і магчымасць падарожнічаць назад у часе - гэта аснова навуковай фантастыкі. Шмат у чым яны ўяўляюць найбольшую надзею чалавецтва, і ўсё ж яны належаць на тэхналогіі, якія выходзяць за рамкі таго, што навука ў цяперашні час ведае, што магчыма. Тым не менш, калі праводзяцца эксперыменты на мяжы адкрыцця, магчыма, што ў любы момант адкрыюцца новыя дзверы. Калі нам пашанцуе, што там за гарызонт? Вось што хоча ведаць Ігар Жбанаў:

Пры ўмове, што нам пашанцавала, якія навуковыя эксперыменты, якія адбудуцца праз некалькі дзесяцігоддзяў, могуць адкрыць нам шлях да стварэння нейкага навукова-фантастычнага фільма?

Існуе шэраг фантастычных магчымасцей, якія могуць змяніць нашу рэчаіснасць да таго часу, калі 21 стагоддзе скончыцца.

Усе ракеты, якія калі-небудзь прадугледжваліся, патрабуюць нейкага паліва, але калі быў створаны цёмны рухавік, новае паліва заўсёды можна знайсці проста, падарожнічаючы па Галактыцы. Малюнак: NASA / MSFC.

Цёмная матэрыя можа быць неабмежаванай крыніцай паліва, якую нам не трэба мець з сабой. Адной з самых вялікіх загадак у навуцы з'яўляецца менавіта тое, у чым заключаецца прырода цёмнай матэрыі. Мы ведаем, што ён існуе дзякуючы ўскосным назіранню, і мы ведаем, што гэта шмат. Калі вы складаеце ўсю цёмную матэрыю, якая знаходзіцца ў вялікай галактыцы, падобнай да нашай, вы выявіце, што там у пяць разоў больш, чым звычайнай матэрыі (на аснове атама). Гэта амаль напэўна зроблена з часціцы з нейкімі агульнымі ўласцівасцямі:

  • яна мае масу,
  • у яго няма электрычнага або каляровага зарада,
  • у яго ёсць гравітацыйнае ўзаемадзеянне,
  • і, на нейкім узроўні, ён павінен мець магчымасць сутыкнуцца з самім сабой і / або з нармальнай матэрыяй.

Мы ведаем, ад вядомага Эйнштэйна E = mc², што ў гэтай цёмнай матэрыі захоўваецца велізарная колькасць энергіі: у пяць разоў больш, чым ва ўсім звычайным рэчыве разам узятым. Калі Сусвет да нас добры, мы проста зможам яе выкарыстаць.

Масавае размеркаванне кластара Abell 370., рэканструяванае пры дапамозе гравітацыйнага лінзіравання, паказвае два вялікіх дыфузных арэолу масы, якія адпавядаюць цёмнай матэрыі з двума зліццёвымі кластарамі, каб стварыць тое, што мы бачым тут. Навокал і праз кожную галактыку, кластар і масіўную калекцыю нармальнай матэрыі існуе ў 5 разоў больш цёмнай матэрыі. Малюнак: NASA, ESA, D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Швейцарыя), R. Massey (Даремскі універсітэт, Вялікабрытанія), Hubble SM4 ERO Team і ST-ECF.

Існуе мноства эксперыментаў, якія шукаюць сутыкнення цёмнай матэрыі як з звычайнай матэрыяй, так і з самой сабой. Увогуле, ёсць два тыпы часціц: ферміёны (з паловай цэлым кручэннем) і бозоны (з цэлымі кручэннямі). Калі цёмная матэрыя - гэта бозон, гэта азначае, што гэта, хутчэй за ўсё, уласная антычастица, а значыць, калі вы можаце выкарыстоўваць дзве часціцы цёмнай матэрыі і прымусіць іх узаемадзейнічаць паміж сабой, яны знішчацца. І калі яны знішчаюць, яны вырабляюць чыстую энергію. Іншымі словамі, гэта бясплатная, неабмежаваная крыніца энергіі ўсюды, дзе вы ідзяце. А паколькі гэта паўсюдна, вам нават не трэба насіць яго з сабой, калі вы будзеце перамяшчацца па Сусвету. Такім чынам, калі вы чуеце пра эксперыменты, якія шукаюць цёмную матэрыю, то бязмежная, бясплатная энергія, якую мы атрымліваем, - гэта мара.

Ілюстрацыя асновы поля Star Trek, якая скарачае прастору перад ёй, падаўжаючы прастору за ім. Малюнак: Trekky0623 з англійскай Вікіпедыі.

Антыматэрыя можа мець адмоўную масу, гэта азначае, што гэта можа стаць ключом да дэфармацыі прывада. Калі вы хочаце падарожнічаць да зорак, звычайныя крыніцы энергіі і паліва дастануцца толькі вам. Ці, больш літаральна, яны даб'юцца вас так хутка: вы назаўжды будзеце абмежаваныя хуткасцю святла. Бліжэйшая да Сонца зорка з патэнцыйна жылымі светамі, Тау Сеці, знаходзіцца прыблізна за 12 светлавых гадоў, а гэта азначае, што нават прыехаць туды і адправіць слова пра тое, што гэта, як гэта прадпрыемства, якое займае прынамсі пакаленне. Але калі мы зможам скараціць прастору перад намі, калі мы рухаемся па міжзоркавай прасторы, адначасова пашыраючы прастору за намі, мы маглі б патрапіць значна хутчэй. У гэтым заключаецца ідэя асновы драйву, які ў 1994 годзе быў пастаўлены на трывалай фізічнай глебе астрафізікам Мігелем Алкуб'ерам.

Рашэнне Алкуб'е для Агульнай адноснасці, якое дазваляе руху падобныя на дэфармацыю. Гэты раствор патрабуе адмоўнай масы. Малюнак: Wikimedia Commons карыстальнік AllenMcC.

Для дасягнення належнай канфігурацыі прасторы і часу, неабходнага для дасягнення дэфармацыі, неабходныя дзве рэчы: велізарная колькасць энергіі і наяўнасць адмоўнай масы. Тая негатыўная маса, якая з'яўляецца толькі спекулятыўнай, неабходна дэфармаваць прастору-час належным чынам, каб зрабіць магчымым дэфармацыю асновы. Але мы ніколі не вымяралі масу часціц антыматэрыі; эксперымент, які яшчэ трэба канчаткова не правесці, ці будуць яны ў гравітацыйным полі падаюць "уніз" ці "ўверх". Эксперымент ALPHA CERN працуе ў цяперашні час для вымярэння гравітацыйных эфектаў антыматэрыі і таго, як ён паводзіць сябе ў гравітацыйным полі. Калі адказ у тым, што ён трапляе "ўверх" у гравітацыйным полі, мы проста можам атрымаць сваю адмоўную масу, і ў рэшце рэшт, магчыма, прывабны дэфармацыя.

Віртуальны інструмент IronBird для CAM (Centrifuge Accommodation Module) - адзін са спосабаў стварэння штучнай гравітацыі, але патрабуе шмат энергіі і дазваляе толькі вельмі спецыфічны тып сілы, які шукае цэнтр. Сапраўдная штучная гравітацыя запатрабуе чагосьці паводзіць сябе з адмоўнай масай. Малюнак: NASA Ames.

Адмоўная маса таксама дазволіла б нам стварыць штучную гравітацыю. Тая самая магчымасць - што нейкая негатыўная маса існуе ва Сусвеце - дазволіла б нам стварыць поле штучнай гравітацыі такім чынам, якога мы зараз не можам. Існаванне станоўчых і адмоўных зарадаў у электрамагнетызме дазваляе нам ствараць праваднікі, якія дазваляюць нам маніпуляваць электрычнымі палямі паміж імі і агароджваць сябе ад любых электрычных палёў за межамі іх. Гравітацыя, як мы цяпер разумеем, мае толькі адзін тып зараду: станоўчая маса. Аднак наяўнасць адмоўнай масы дазволіла б нам стварыць сапраўднае асяроддзе з нулявой гравітацыяй, калі мы правільна яе настроілі, адначасова дазваляючы нам ствараць поле штучнай гравітацыі любога ўзроўню, якое мы хацелі паміж дзвюма сістэмамі станоўчая маса / адмоўная маса.

Ідэя падарожжа ў мінулае ў наш час адыходзіць да сферы навуковай фантастыкі. Аднак, калі ў нашым Сусвеце ёсць закрытыя часовыя крывыя, гэта не толькі магчыма, гэта непазбежна. Малюнак: Genty / Pixabay.

Верціцца Сусвет можа дазволіць нам падарожнічаць у мінулае. Падарожжа ў часе не толькі магчыма, гэта непазбежна ... у кірунку наперад. Калі прастора і час аб'яднаны ў тканіну прасторы, гэта запатрабуе сур'ёзнага пераадолення фізікі, як мы ведаем, што дазваляе падарожнічаць у зваротным кірунку. Вярнуцца да свайго зыходнага месца ў космасе даволі лёгка: Зямля робіць гэта, калі вяртаецца да зыходнай кропкі вакол Сонца, але для таго, каб дасягнуць гэтага часу, прайшло шмат часу (год). "Зачыненую прастору крывую" лёгка дамагчыся. Аднак, каб вярнуцца да свайго зыходнага месца своечасова, патрабуецца нешта надзвычайнае: «закрытая крывая часу» - гэта асаблівасць нашага пашырэння, запоўненага матэрыяламі, Сусвету няма. Калі толькі Сусвет не круціцца.

Гэта не проста асобная галактыка, якая круціцца, ствараючы закрытыя часовыя крывыя, але і ўся Сусвет у глабальным маштабе. Малюнак: Універсітэт Уорыка.

У Сусветнай, якая круціцца, існуе дакладнае рашэнне, калі, калі шчыльнасць матэрыі і касмалагічная канстанта (напрыклад, цёмная энергія) маюць пэўныя значэнні, Сусвет павінна мець закрытыя часовыя крывыя. Пакуль што мы толькі паставілі абмежаванні на агульную глабальную ратацыю Сусвету, але мы гэтага не выключылі. Калі Сусвет аказваецца круціцца з пэўнай хуткасцю, якая ўраўнаважвае дакладнае значэнне шчыльнасці матэрыі і касмалагічных пастаянных значэнняў, то цалкам магчыма вярнуцца назад у часе і вярнуцца да вашай дакладнай адпраўной кропкі не толькі ў космасе, але і ў прасторы-часе . Шырокамаштабныя, глыбокія абследавання, такія як тыпы маючых адбыцца абсерваторый WFIRST або LSST, могуць выявіць такую ​​ратацыю, калі яна існуе.

Канцэптуальны здымак спадарожніка НАСА WFIRST, які павінен быў запусціцца ў 2024 годзе і дасць нам самыя дакладныя вымярэнні цёмнай энергіі, сярод іншых неверагодных касмічных знаходак. Малюнак: НАСА / GSFC / Канцэптуальная лабараторыя малюнкаў.

Заўсёды існуюць больш экзатычныя магчымасці, якія навукова дапускаюцца - тэлепартацыя фізічных аб'ектаў, імгненнае падарожжа паміж разрыўнымі месцамі (чарвяточныя прарэзы) альбо хутчэйшая, чым светлая, сувязь - але для гэтага спатрэбіцца значна больш складаная канчатковая распрацоўка, што толькі адзін эксперымент дае нечаканы-але- праўдападобныя вынікі. Тым не менш, мы вымушаны шукаць. Навука не з'яўляецца гісторыяй, якая проста мае канчатковую кропку, дзе мы вывучаем усё, што трэба ведаць, і тады мы спыняемся. Гэта працягваецца дэтэктыўны сюжэт, дзе кожнае адкрыццё, кожная кропка дадзеных і кожны эксперымент непазбежна вядуць да больш глыбокіх пытанняў. Усюды, дзе нас вядзе дарога, важна прадугледзець магчымасці, і што трэба, каб яны збыліся на кожным кроку шляху.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".