Существует ли отрицательная масса?!
Уж что-что, а масса точно должна быть положительной! Это та физическая величина, которой любитель науки в последнюю очередь присвоит отрицательные значения.
Аргументов за положительную массу есть много - стереотипное мышление, сформированное курсами физики и в школе, и в институте, некоторый здравый смысл (ведь яблоко, которые мы берем в руки, не может быть с массой - 0,2 кг!) и понимание того, что масса есть величина скалярная. С другой стороны, если масса частицы зависит от скорости (например, так это происходит в квантовой электродинамике), то что мешает массе принимать отрицательные значения!?
По логике отрицательная масса должна быть у антиматерии, но, как я понял, это не совсем так. Антиматерия и отрицательная масса - вещи не связанные. Поправьте в комментариях, если я ошибаюсь. Антиматерия является специфическим типом материи и это никак не подразумевает отрицательные показатели массы.
Получение отрицательной массы в лаборатории
Ещё в 2017 году физики из Вашингтонского государственного университета заявили, что им удалось получить отрицательную массу. На этот счёт есть разные публикации, например эта.
Про отрицательную массу ходит довольно много интересных разговоров и рассуждений. Правда если прочитать статью по ссылке, то вы узнаете, что ученые не получали как таковую отрицательную массу. Они заставили материю вести себя так, как если бы у неё была отрицательная масса. Это не есть получение материи с отрицательной массой.
Это конденсат Бозе-Эйнштейна, в котором с помощью лазеров частицы заставили вращаться/перемещаться в противоположных основному направлениях.
Чисто гипотетически материя вполне может иметь отрицательную массу в том же смысле, в каком и электрический заряд может быть отрицательным или положительным. Как таковых преград для этого нет.
Этот аргумент пока спорный и его нельзя подтвердить или опровергнуть. Проводилось множество экспериментов, где удавалось моделировать поведение материи с отрицательной массой и её взаимодействие с реальностью.
При этом очень интересно порассуждать, как изменится наш мир и вся физика, если масса вдруг станет отрицательной.
Как изменит физику отрицательная масса?
Теоретически можно просто заменить массу «m» на «-m» в любом из классических уравнений и веселиться. Давайте представим себе несколько примеров такой радости.
Все мы привыкли к действую гравитации, а объекты с отрицательной массой будут испытывать гравитационные силы отталкивания, а не силы притяжения. Если положить положительную массу и отрицательную массу рядом друг с другом, они будут ускоряться друг от друга, а не притягиваться. Это весело, но списывает "на нет" всю нашу физическую систему.
Очень неплохая серия про мультивсееленные :) Кадр из мультика
- Согласно второму закону Ньютона (F = ma), отрицательная масса будет испытывать ускорение в направлении, противоположном приложенной силе. Толчок объекта с отрицательной массой заставит его двигаться к вам, а вытягивание заставит его отдалиться. Это значит, что если мы попытаемся столкнуть валун с горы, то он покатится со всей огромной силой прямо на нас.
- Это касается и импульсов. В классической физике импульс определяется как произведение массы и скорости. Отрицательная масса будет иметь отрицательный импульс. Когда положительная масса сталкивается с отрицательной массой, обе будут ускоряться в одном направлении, нарушая закон сохранения количества движения. Это значит, что ракеты в космосе не смогут вернуться обратно. Хотя нет, смогут, но будет сильно сложнее.
- Отрицательная масса будет демонстрировать своеобразное поведение при обмене энергиями. При этом, что занятно, закон сохранения энергии продолжит работать. Когда положительная масса ускоряется против силы отталкивания отрицательной массы, отрицательная масса получает кинетическую энергию. В результате положительная масса будет отдавать энергию отрицательной массе, что приведет к необычной динамике передачи энергии.
- С отрицательной массой любое незначительное возмущение может привести к бесконечному ускорению объектов. Отрицательная масса может привести к самоуничтожению материи, поскольку отталкивающие гравитационные силы заставят объекты разрываться, а не соединяться.
Это только некоторые аспекты физической реальности, которые мы вспомнили. Помимо этих законов есть ещё множество базовых. Везде будет такая логика работы системы.
Получается, что всё будет происходить как это обычно бывает в мультиках, где шутят про мультивселенные, в которых всё всегда наоборот. Каждому доброму персонажу обязательно найдется такой же злой антипод, а высота поменяются местами с шириной.
В качестве итога - исключать полностью существование отрицательной массы нельзя, но как и всегда бывает в подобных случаях доказать её реальность в лабораторном эксперименте не получится. Уже проведенные эксперименты связаны скорее с этакой эмуляцией отрицательной массы, а не реальном получением материи с массой "-".
⚡ Обязательно подписывайтесь на мой Telegram и читайте интересные заметки про физику и смежные науки!
Советую также ознакомиться со следующими моими статьями и роликами:
Чем масса отличается от веса?
Можно ли поставить знак равенства между массой и энергией?