ALPHA-samarbeidet har gjennomført det mest nøyaktige eksperimentet noensinne for å måle oppførselen til nøytral antimaterie i et gravitasjonsfelt. Avhengig av resultatene kan dette åpne for utrolige nye teknologier. Mange science fiction-teknologier vil forbli i skjønnlitteraturens område i lang tid (eller for alltid), med mindre fysikken endrer seg. Men mange eksperimenter kan du sjekke dette også?
Drømmen om øyeblikkelig kommunikasjon, interstellare romskip og evnen til å reise i tid er hackneyte klisjeer av science fiction. På mange måter representerer de menneskehetens største forhåpninger, og stoler likevel på teknologi som går utover det som for øyeblikket er kjent. Imidlertid gjennomføres og utvikles stadig nye eksperimenter. Hvis vi er heldige, hva kan vi finne utover horisonten? Ethan Siegel fra Medium.com svarer på følgende spørsmål:
"Forutsatt at vi er heldige, hva slags naturfageksperimenter i løpet av de neste tiårene kan åpne for science fiction muligheter for oss?"
Det er noen fantastiske muligheter som kan ryste opp virkeligheten vår ved slutten av det 21. århundre.
Eventuelle raketter som noen gang er bygget krever drivstoff. Men hvis vi skulle lage en motor med mørk materie, kunne vi finne nytt drivstoff bokstavelig talt hvert skritt på veien gjennom galaksen.
Mørk materie kan være en ubegrenset kilde til drivstoff som vi ikke trenger å ta med oss rundt
Salgsfremmende video:
Et av de største mysteriene i vitenskapen er faktisk arten av mørk materie. Vi vet at det eksisterer gjennom indirekte observasjoner, og vi vet at det er mye av det. Hvis du legger opp all den vanlige saken i en stor galakse, viser det seg at det er fem ganger mer mørk materie. Og den består nesten helt sikkert av partikler med noen vanlige egenskaper:
- de har masse
- de har ingen elektrisk eller farget lading
- de samhandler gravitasjonsmessig
- de må på et visst nivå kollidere med hverandre og / eller med vanlig materie
Fra Einsteins berømte formel E = mc2, lærte vi at mørk materie inneholder en enorm mengde energi: fem ganger mer enn alt vanlig stoff tilsammen. Hvis universet er bra for oss, kan vi prøve å trekke det ut.
Massefordelingen av Abell 370, rekonstruert ved hjelp av gravitasjonslinser, viser to store, diffuse masse-glorieer som tilsvarer det mørke stoffet i de to sammenslående klyngene. Det er fem ganger mer mørk materie nær og inne i enhver opphopning av vanlig materie.
Mange eksperimenter leter etter kollisjoner av mørk materie både med vanlig materie og med seg selv. Generelt er det to typer partikler: fermioner (med halv-helt tallspinn) og bosoner (med heltallspinn). Hvis mørk materie er en boson, betyr dette at det mest sannsynlig er sin egen antipartikkel, noe som betyr at hvis du tar to partikler av mørk materie og tvinger dem til å samhandle med hverandre, vil de gjensidig utslette. Og hvis de blir ødelagt, vil de produsere ren energi. Det er med andre ord en gratis, ubegrenset energikilde som er tilgjengelig overalt og i overflod. Og du trenger ikke en gang å ta det med deg hvis du bestemmer deg for å krysse universet. Derfor, når du hører om eksperimenter for å søke etter mørk materie, er ubegrenset, gratis energi vårt endelige, ønskede mål.
En illustrasjon av et Star Trek-varpefelt som krymper plassen foran det, og forlenger plassen bak det
Antimaterie kan ha negativ masse, noe som betyr at det kan være nøkkelen til et varpdrev
Hvis du vil reise til stjernene, vil konvensjonelle energikilder og drivstoff bare komme deg fra gjerdet til lunsjtid. Eller de vil ikke bevege seg raskere enn lysets hastighet. Den nærmeste stjernen av soltype med potensielt beboelige verdener, Tau Ceti, ligger omtrent 12 lysår unna. Det vil si at tur-retur alene vil ta minst halve livet. Men hvis vi kunne krympe plassen foran oss når vi ferdes gjennom interstellarområdet mens vi utvider det bak oss, kunne vi komme dit mye raskere. Dette var ideen som astrofysiker Miguel Alcubierra kom med i 1994, som senere formaliserte den i henhold til strenge vitenskaps kanoner.
Først nå, for å løse Alcubierra, er det nødvendig med en negativ masse
For å oppnå riktig konfigurasjon av rom-tid som kreves for å akselerere varpdrevet, må to betingelser være oppfylt: en enorm mengde energi og eksistensen av negativ masse. Denne negative massen, som fremdeles bare er kjent på papir, er nødvendig for riktig krumning av rom-tid, og derfor for varpbevegelse. Men vi har aldri målt massen av antimaterielle partikler; de faller "ned" eller "opp" i gravitasjonsfeltet, dette er fremdeles ukjent. CERNs ALPHA-eksperiment måler for tiden gravitasjonseffekten av antimateriell og dets oppførsel i et gravitasjonsfelt. Hvis svaret er å falle "opp" i gravitasjonsfeltet, vil vi ganske enkelt få vår negative masse og sette sammen warp-drevet.
Det virtuelle IronBird-verktøyet lar deg skape kunstig tyngdekraft, men krever mye energi og lar deg bare gi en spesifikk centripetalkraft. Ekte kunstig tyngdekraft ville kreve negativ masse
Negativ masse vil også tillate oss å skape kunstig tyngdekraft
Den samme muligheten - eksistensen av negativ masse i universet - vil tillate oss å skape et kunstig tyngdekraftfelt. Eksistensen av positive og negative ladninger i elektromagnetisme lar oss lage ledere, manipulere elektriske felt og skjerme de elektriske feltene. Tyngdekraften, slik vi nå forstår det, har bare en type ladning: positiv masse. Eksistensen av negativ masse vil tillate oss å skape et sant miljø med null tyngdekraft og ville gi oss muligheten til å skape et kunstig tyngdekraftfelt i hvilken som helst størrelse mellom to systemer med positiv og negativ masse.
Ideen om tidsreiser dukker stadig opp i science fiction. Men hvis det er lukkede tidlige kurver i universet, er dette ikke bare mulig, men uunngåelig.
Et roterende univers kan tillate oss å gå tilbake i tid
Samtidig er tidsreiser ikke bare mulig, men også uunngåelig … i retning fremover. Siden rom og tid er samlet av stoffet i rom-tid, vil det ta en betydelig risting av fysikken vi vet for å få tiden til å flyte i motsatt retning. I verdensrommet er det ganske enkelt å gå tilbake til sin opprinnelige posisjon: Jorden selv gjør dette når den kretser rundt Solen, men samtidig passerer den en betydelig avstand fremover i tid, det vil si tiden går, omtrent ett år. En "lukket plasslignende kurve" er enkel å lage. For å komme tilbake til utgangspunktet i tid, vil imidlertid noe uvanlig være nødvendig: en "lukket tidaktig kurve" er en funksjon som ikke eksisterer i vårt ekspanderende, materiefylte univers. Med mindre universet snurrer.
I universet som roterer, er det en nøyaktig løsning der tettheten av materie og den kosmologiske konstanten (aka mørk energi) har visse verdier, og universet skal ha lukkede tidslignende kurver. Til nå har vi bare innført begrensninger for den generelle, globale rotasjonen av universet, men utelukket ikke det helt. Hvis universet roterer med en viss hastighet, som er balansert av en gitt tetthet av materie og en kosmologisk konstant, vil det være absolutt mulig å gå tilbake i tid og gå tilbake til det nøyaktige stedet der du startet, ikke bare i rom, men også i rom-tid. Storskala undersøkelser av dyphimmelstrukturer, som kan gi observasjoner fra WFIRST- eller LSST-observatoriene, kan avdekke en slik rotasjon, om noen.
Konseptbilde av NASAs WFIRST-satellitt, som vil gå ut i verdensrommet i 2024 og vil gi oss de mest nøyaktige målingene av mørk energi, og også gjøre andre funn
Det er alltid mer eksotiske muligheter enn det vitenskapen tillater - teleportering av fysiske objekter, øyeblikkelig bevegelse mellom åpne steder (ormhull) eller kommunikasjon raskere enn lysets hastighet - men dette vil kreve mye mer komplekse danser med tamburiner enn et enkelt eksperiment med to mulige utfall. Imidlertid fortsetter vi å se. Vitenskap er ikke en enveis historie. Det er en pågående detektivhistorie, der hver oppdagelse, hvert datapunkt og hvert eksperiment uunngåelig fører til dypere spørsmål i fremtiden. Det er viktig å holde et åpent sinn underveis.
Ilya Khel
