فیزیکدانان مایعی با جرم منفی ساختند

فیزیکدانان مایعی با جرم منفی ساختند

فیزیک‌دانان می‌گویند در آزمایشگاه مایعی با جرم منفی ساخته‌اند… همانطور که از اسمش به نظر می‌رسد عجیب است!

اگر جسمی را به سمتی فشار دهید، جسم در همان جهت شتاب می‌گیرد… این چیزی است که امروزه از قوانین نیوتن می‌دانیم. ولی الان چه اتفاقی افتاده؟ این مایع برعکس هر جسم معمولی، وقتی آن را فشار دهید، به سمت شما حرکت می‌کند. به نظر می‌رسد شهودی که از پدیده‌های طبیعی داریم همیشه در آزمایش‌ها صدق نمی‌کند. چنین چیزی می‌تواند به دانشمندان در مورد رفتار‌های عجیب سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی اطلاعات بیشتری بدهد.

اجازه بدهید یک قدم به عقب برگردیم. چنین چیز عجیبی چگونه می‌تواند وجود داشته باشد؟

در صحبت‌ها به صورت فرضی، ماده باید بتواند که جرم منفی داشته باشد؛ همانطور که بار الکتریکی می‌تواند منفی یا مثبت باشد.

چنین چیزی بر روی کاغذ کار می‌کند، اما در جهان علمی بحث این است که آیا ماده می‌تواند بدون شکستن قوانین فیزیک، جرم منفی داشته باشد؟

قانون دوم نیوتن
نیرو برابر است با جرم ضربدر شتاب

قانون دوم نیوتن به این صورت است: $F=ma$ یعنی نیرو برابر است با جرم جسم ضربدر شتاب آن. می‌توانید آن را به این صورت هم بنویسید که شتاب جسم برابر است با نیرویی که به آن وارد می‌کنید تقسیم‌بر جرم آن. با منفی شدن جرم، شتاب هم باید منفی شود- تصور کنید که یک لیوان را روی میز هل می‌دهید ولی به سمت دست شما حرکت می‌کند!

با این حال، بخاطر اینکه چنین چیزی برای ما ناشناخته است، نمی‌توان گفت که غیر‌ممکن هم هست؛ و تحقیقات نظری گذشته برخی شواهد اولیه را نشان داده‌اند که جرم منفی در جهان ما می‌تواند بدون شکستن قوانین نسبیت عام وجود داشته باشد.

علاوه بر آن، بعضی از فیزیکدانان فکر می‌کنند که جرم منفی می‌تواند به چیز‌هایی که قبلا در جهان کشف‌شده‌اند، مانند سیاهچاله‌ها، ماده تاریک و ستاره‌های نوترونی مربوط باشند.

به عنوان نتیجه، محققان در تلاش بودند تا جرم منفی را در آزمایشگاه درست کنند؛ و زودتر از چیزی که فکر می‌کردند به موفقیت رسیدند.

اما الان، پژوهشگران دانشگاه ایالت واشنگتون موفق شدند سیالی از اتم‌های فوق‌سرد بسازند که دارای جرم منفی است.

مایکل فوربس (Michael Forbes)، یکی از پژوهشگران گفت: «اولین چیزی که اینجا مهمه کنترل عالى‌ایه که ما روى ماهیت این جرم منفى داریم، بدون هیچ پیچیدگى دیگه اى.»

برای ساختن این سیال عجیب، گروه از یک لیزر استفاده کرد تا اتم‌های روبیدیوم را تا نزدیکی صفر مطلق سرد کند، و چیزی را بسازد که به آن چگالش بوز-انیشتین (Bose–Einstein condensate) می‌گویند. در این وضعیت، ذرات به طور باورنکردنی کند حرکت می‌کنند و حالا اصول عجیب و غریب مکانیک کوانتومی را به جای مکانیک کلاسیک دنبال کنید. یعنی آن‌ها شروع به رفتار موج‌گونه می‌کنند و مکان دقیقشان را نمی‌توان مشخص کرد. ذرات هم با هم هماهنگ می‌شوند و به صورت یکپارچه حرکت می‌کنند و چیزی را می‌سازند که به عنوان ابر‌شاره شناخته می‌شود؛ ماده‌ای که بدون از دست دادن انرژی و اصطکاک، به حرکت خود ادامه می‌دهد.

گروه از لیزر استفاده کرد تا دمای این ابر‌شاره را پایین نگه‌دارد؛ و همچنین آن را درون یک میدان کاسه‌مانند با اندازه‌ی ۱۰۰ میکرون به دام بیندازد.

تا زمانی که ابر‌شاره در آن فضا باقی می‌ماند، جرم معمولی دارد و تا جایی بوز-اینشتین روی می‌دهد هم پابرجاست؛ اما سپس گروه آن را مجبور می‌کنند تا از آنجا خارج شود.

با مجموعه لیزر دوم، آن‌ها به اتم‌ها به سمت جلو و عقب ضربه زدند تا چرخش آن را تغییر دهند، «کاسه» را بشکنند و به روبیدیوم اجازه دهند تا بسیار سریع بیرون بیاید؛ آنچنان سریع که همانند یک جرم منفی رفتار کرد.

فوربس گفت:‌ «یک‌بار آن‌را فشار می‌دهید، به عقب می‌پرد. انگار روبیدیوم با دیوار برخورد می‌کند.»

تا اینجا، پژوهشگران می‌گویند سیال جرم منفی، چیزی را که بقیه گروه‌ها در پژوهش‌هایشان دیده‌اند را تأیید می‌کند؛ اما در روز‌های ابتدایی خود است.

در عین حال باید دید که آیا این فرار ابر‌شاره‌ها برای تست‌کردن بعضی از پیشنهاد‌ها درباره‌ی جرم منفی در آزمایشگاه به اندازه کافی درست قابل اعتماد خواهد بود؛ و قبل از اینکه هیجان‌زده شویم، بقیه گروه‌ها نیاز دارند تا نتایج را به طور مستقل تکرار کنند.

اما تحقیقات در حال حاظر در مجله Physical Review Letters به چاپ رسیده‌اند تا هر کسی می‌خواهد آن را انجام دهد دسترسی داشته باشد. پس به صورت امیدوارانه زمان زیادی طول نمی‌کشد تا آزمایش را فراهم‌شده ببینیم.

یک چیز برای اطمینان؛ اینکه فیزیک به عجیب‌تر شدن خود ادامه می‌دهد و ما بسیار هیجان‌زده‌ایم تا ببینیم چه اتفاقی می‌افتد.

 

منبع: https://www.sciencealert.com/physicists-say-they-ve-created-a-fluid-with-negative-mass

محمد کاظمی

نویسنده: محمد کاظمی

۱۶ ساله، دانش‌آموز دبیرستان علامه حلی. علاقه‌مندی‌هایی که دارم هم فیزیک، الکترونیک، برنامه‌نویسی، ریاضی و ... (و البته خیلی چیز‌های دیگه که جا نمیشه!)

3 دیدگاه برای مطلب “فیزیکدانان مایعی با جرم منفی ساختند” موجود است.

پاسخ‌دادن به مرتضی افشاری لغو پاسخ‌دادن

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *