عندما يتعلق الأمر بالأشياء والقوة ، قوانين الحركة الثلاثة لإسحاق نيوتن هي واضحة ومباشرة. قم بتطبيق القوة على جسم في اتجاه معين ، وسوف يتحرك الكائن في هذا الاتجاه. وما لم يكن هناك شيء يعمل ضده (مثل الجاذبية أو ضغط الهواء) فإنه سيستمر في التحرك في هذا الاتجاه حتى يوقفه شيء ما. ولكن عندما يتعلق الأمر بـ 'الكتلة السالبة' ، فإن العكس هو الصحيح.
كما يوحي الاسم ، يشير المصطلح إلى المادة التي تكون كتلتها معاكسة لكتلة المادة العادية. حتى سنوات قليلة ماضية ، كانت الكتلة السالبة مفهومًا نظريًا في الغالب ولم يتم ملاحظتها إلا في ظروف محددة جدًا. ولكن وفقًا لدراسة حديثة أجراها فريق دولي من الباحثين ، فقد تمكنوا لأول مرة من تكوين سائل ذي 'كتلة فعالة سلبية' في ظروف معملية.
لوضعها في أبسط العبارات ، يمكن أن يكون للمادة كتلة سالبة بنفس الطريقة التي يمكن أن يكون بها للجسيم شحنة سالبة. عندما يتعلق الأمر بالكون الذي نعرفه وندرسه بشكل منتظم ، يمكن للمرء أن يقول إننا واجهنا الشكل الإيجابي للكتلة فقط. في الواقع ، يمكن للمرء أن يقول إنه نفس الوضع مع المادة والمادة المضادة. تخبرنا الفيزياء النظرية أن كلاهما موجود ، لكننا لا نرى إلا بشكل منتظم.
. الائتمان: shock.wsu.edu
كما قال الدكتور مايكل مكنيل فوربس - أستاذ في جامعة ولاية واشنطن ، وزميل في معهد النظرية النووية ، ومؤلف مشارك في الدراسة - شرح في أ بيان صحفي WSU :
'هذا هو أكثر الأشياء التي اعتدنا القيام بها. مع الكتلة السالبة ، إذا دفعت شيئًا ما ، فإنه يتسارع نحوك. بمجرد أن تضغط ، تتسارع للخلف. يبدو أن الروبيديوم يصطدم بجدار غير مرئي '.
وفقًا لدراسة الفريق ، والتي تم نشرها مؤخرًا فيخطابات المراجعة المادية(تحت عنوان ' الديناميكا المائية ذات الكتلة السالبة في مدار تدور - مقترن بتكثيف بوز-آينشتاين ') ، يمكن إنشاء كتلة فعالة سالبة عن طريق تغيير اقتران مدار الدوران للذرات. بقيادة بيتر إنجلز - أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية واشنطن - يتكون هذا من استخدام الليزر للتحكم في سلوك ذرات الروبيديوم.
بدأوا باستخدام ليزر واحد للاحتفاظ بذرات الروبيديوم في وعاء يبلغ قطره أقل من 100 ميكرون. كان لهذا تأثير في إبطاء الذرات وتبريدها لبضع درجات فوق الصفر المطلق ، مما أدى إلى تحول الروبيديوم إلى مكثف بوز-آينشتاين. سميت على اسم ساتيندرا ناث بوز وألبرت أينشتاين (الذين توقعوا كيف ستتصرف ذراتهم) هذه الأنواع من المكثفات تتصرف مثل السوائل الفائقة.
بيانات توزيع السرعة (3 مشاهدات) لغاز من ذرات الروبيديوم ، مما يؤكد اكتشاف مرحلة جديدة من المادة ، مكثف بوز-أينشتاين. الائتمان: NIST / JILA / CU-Boulder
يعني هذا في الأساس أن جسيماتها تتحرك ببطء شديد وتتصرف مثل الأمواج ، ولكن دون أن تفقد أي طاقة. ثم تم تطبيق مجموعة ثانية من الليزر لتحريك الذرات ذهابًا وإيابًا ، مما أدى إلى تغيير طريقة دورانها بشكل فعال. قبل التغيير في دورانها ، كان للسائل الفائق كتلة منتظمة وكان كسر الوعاء سيؤدي إلى دفعها للخارج والتوسع بعيدًا عن مركز كتلتها.
ولكن بعد تطبيق الليزر الثاني ، اندفعت الروبيديوم وتسارعت في الاتجاه المعاكس - بما يتفق مع الكتلة السالبة. كان هذا يمثل قطيعة مع التجارب المعملية السابقة ، حيث لم يتمكن الباحثون من جعل الذرات تتصرف بطريقة تتفق مع الكتلة السالبة. ولكن كما أوضح Forbes ، تجنبت تجربة WSU بعض العيوب الأساسية التي واجهتها هذه التجارب:
'ما هو الأول هنا هو التحكم الرائع الذي نتمتع به على طبيعة هذه الكتلة السلبية ، دون أي تعقيدات أخرى. إنه يوفر بيئة أخرى لدراسة ظاهرة أساسية غريبة للغاية '.
وعلى الرغم من أن أخبار هذه التجربة قوبلت بالضجيج والادعاءات بأن الباحثين قد 'أعادوا كتابة قوانين الفيزياء' ، فمن المهم التأكيد على أن هذا البحث قد أوجد 'سلبيًا'فعالالكتلة '- والتي تختلف اختلافًا جوهريًا عن الكتلة السالبة.
تصوير فنان لانفجار على نجم نيوتروني فائق المغناطيسية ، يُطلق عليه أيضًا النجم المغناطيسي.
الائتمان: ناسا / مركز جودارد لرحلات الفضاء
بصفتها سابين حسينفيلدر ، زميلة أبحاث في معهد فرانكفورت للدراسات المتقدمة ، كتبت على موقعها على الإنترنت رد فعل ردا على الخبر:
'الفيزيائيون يستخدمون الديباجة' فعال 'للإشارة إلى شيء غير أساسي ولكنه ناشئ ، والتعريف الدقيق لمثل هذا المصطلح غالبًا ما يكون مسألة اصطلاح. 'نصف القطر الفعال' للمجرة ، على سبيل المثال ، ليس نصف قطرها. 'الشحنة النووية الفعالة' ليست شحنة النواة. و 'الكتلة السلبية الفعالة' - كما خمنت - ليست كتلة سالبة. الكتلة الفعالة هي مجرد كمية رياضية مفيدة لوصف سلوك الكُثافة '.
بعبارة أخرى ، تمكن الباحثون من جعل الذرات تتصرف ككتلة سالبة ، بدلاً من تكوين كتلة. ومع ذلك ، توضح تجربتهم مستوى التحكم الذي يتمتع به الباحثون الآن عند إجراء تجارب كمية ، كما تعمل على توضيح كيفية تصرف الكتلة السلبية في الأنظمة الأخرى. في الأساس ، يمكن للفيزيائيين استخدام نتائج هذه الأنواع من التجارب لاستكشاف ألغاز الكون حيث يكون التجريب مستحيلًا.
وتشمل هذه ما يحدث داخل النجوم النيوترونية أو ما يحدث تحت حجاب أفق الحدث. ربما يمكنهم حتى إلقاء بعض الضوء على الأسئلة المتعلقة بالطاقة المظلمة.
قراءة متعمقة: خطابات المراجعة المادية و جامعة ولاية واشنطن
