Действительно ли антиматерия падает вверх: признак революции в физике

В 1971 году астронавт Дэвид Скотт стоял на поверхности Луны, держа в руках молоток и перо, и в вакууме отпустил их вниз. Они ударились поверхность Луны одновременно. Это была демонстрация слабого принципа эквивалентности сил гравитации и инерции, который является основой общей теории относительности Эйнштейна. Он гласит, что все объекты, независимо от их массы или внутреннего состава, падают с одинаковой скоростью в гравитационном поле. Когда Эйнштейн создавал свою теорию, он не пытался объяснить, почему это происходит. Он просто предположил, что это фундаментальное правило. Но что, если существует вещество, которое отказывается играть по этим правилам? Что, если мы сбросим вниз нечто настолько экзотическое, что оно даже не попадало в поле зрения Эйнштейна? Астрофизик Пол Саттер объясняет, действительно ли такое вещество, как антиматерия нарушает правила и падает вверх, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

В 1920-х годах физик Поль Дирак пытался заставить сосуществовать два совершенно разных мира — квантовую механику и специальную теорию относительности. Дирак нашел работающее уравнение, но у него была одна особенность. Подобно тому, как квадратный корень из 4 может быть одновременно 2 и -2, его уравнение предлагало два решения для энергии частицы: одно положительное и одно отрицательное.

Решение Дирака стало известно как "море Дирака". Он представлял себе космическое пространство не как пустой вакуум, а как океан состояний отрицательной энергии. Если вы переместите одну из этих невидимых частиц в область положительных зарядов, останется дыра. Эта дыра ведет себя как обычная частица, но с противоположным зарядом. Это был первый случай, когда такая частица была предсказана чистой математикой до того, как ее удалось обнаружить в лаборатории. Она называется антиматерией.

Почему антиматерия используется для проверки теории гравитации, то есть общей теории относительности Эйнштейна? Потому что антиматерия — это мост к самому большому разрыву в физике. Общая теория относительности и квантовая механика известны тем, что не работают вместе. Поскольку антиматерия является продуктом квантового мира, она идеально подходит для проверки теории гравитации. Но есть проблема: когда обычная материя и антиматерия соприкасаются, они уничтожают друг друга с выделением чистой энергии. Также по сравнению с электромагнитной силой, гравитация невероятно слабая.

Чтобы преодолеть эти препятствия, физикам из ЦЕРН пришлось проявить изобретательность. Сначала они создали нейтральный антиводород, соединив антипротоны с позитронами (антиэлектронами). Ученые поместили около сотни таких антиатомов в магнитную ловушку Пеннинга, которая удерживает их на месте. Затем, используя лазеры, физики охладили атомы почти до абсолютного нуля, чтобы предотвратить их колебания. После этого ученые медленно уменьшили силу магнитного поля.

Если бы антиматерия игнорировала слабый принцип эквивалентности, атомы могли бы подняться вверх, отталкиваясь от Земли. Если бы Эйнштейн был прав, они должны были бы упасть вниз. Как показал эксперимент, примерно 80% антиатомов провалились вниз сквозь дно ловушки.

Это значит, что антиматерия падает вниз. Это означает, что слабый принцип эквивалентности остается в силе, и видение Эйнштейна остается безупречным.

Но, хотя известно, что антиматерия падает вниз, физики пока не знают, падает ли она с точно таким же ускорением, как и обычная материя. Если разница в скорости падения составляет хотя бы 1%, это будет признаком революции в физике, то есть признаком того, что гравитация по-другому относится к зеркальной материи. Но пока Вселенная остается местом, где антиматерия и обычная материя падают вниз с одинаковой скоростью.

Как уже писал Фокус, новая теория заговора гласит, что Земля потеряет гравитацию 12 августа 2026 года. Согласно очередной теории заговора, NASA скрывает от нас "страшную правду" о настоящей катастрофе, которая приведет к гибели десятков миллионов людей. Иногда критическое мышление, а также базовые знания физики могут спасти от преждевременной паники, а также веры в разнообразные теории заговора, которые циркулируют в социальных сетях.