Nếu phản vật chất thực sự phản hấp dẫn, bay lên thay vì rơi xuống, thì lực hấp dẫn sẽ coi nó như thể nó được tạo thành từ phản trọng lực hoặc phản năng lượng.
Chúng ta đã biết rằng trên Trái Đất, mọi thứ được kéo xuống bởi trọng lực, đúng không? Điều này có nghĩa là nếu bạn thả một vật, nó sẽ rơi xuống đất. Nhưng giả sử có một loại vật liệu hoặc thiết bị có thể khiến vật rơi lên thay vì rơi xuống – đó là điều gọi là phản trọng lực.
Một trong những sự thật đáng kinh ngạc nhất về khoa học là mức độ áp dụng phổ biến của các quy luật tự nhiên. Mọi hạt đều tuân theo những quy luật giống nhau, chịu những lực giống nhau và nhìn thấy những hằng số cơ bản giống nhau, bất kể chúng tồn tại ở đâu và khi nào. Về mặt hấp dẫn, mọi thực thể trong Vũ trụ đều trải qua, tùy thuộc vào cách bạn nhìn vào nó, cùng một gia tốc trọng trường hoặc cùng một độ cong của không thời gian, bất kể nó sở hữu những đặc tính gì.
Ít nhất thì mọi chuyện trên lý thuyết là như vậy. Trong thực tế, có một số điều rất khó đo lường. Photon và các hạt ổn định, bình thường đều rơi như mong đợi trong một trường hấp dẫn, trong đó Trái đất khiến bất kỳ hạt có khối lượng lớn nào đều có gia tốc về phía tâm của nó với vận tốc 9,8 m/s 2. Tuy nhiên, bất chấp những nỗ lực hết mình, chúng ta chưa bao giờ đo được gia tốc trọng trường của phản vật chất. Nó phải tăng tốc theo cùng một cách, nhưng cho đến khi chúng ta đo được nó, chúng ta không thể biết được. Một thí nghiệm đang cố gắng quyết định vấn đề một lần và mãi mãi. Tùy thuộc vào những gì nó tìm thấy, nó có thể là chìa khóa cho một cuộc cách mạng khoa học và công nghệ.
mỗi lần vài phút và đo cách chúng hoạt động trong trường hấp dẫn là bước hợp lý tiếp theo.
Có thể bạn không nhận ra, nhưng có hai cách nghĩ hoàn toàn khác nhau về khối lượng. Một mặt, có khối lượng tăng tốc khi bạn tác dụng một lực lên nó: m trong phương trình nổi tiếng của Newton, F = ma . Giá trị này giống với m trong công thức E = mc 2 của Einstein, cho bạn biết bạn cần bao nhiêu năng lượng để tạo ra một hạt (hoặc phản hạt) và bao nhiêu năng lượng bạn nhận được khi hủy diệt nó.
Nhưng ngoài kia còn có một khối lượng khác: khối lượng hấp dẫn. Đây là khối lượng, m, xuất hiện trong phương trình tính trọng lượng trên bề mặt Trái đất (W = mg), hoặc trong định luật hấp dẫn của Newton, F = GmM/r 2 . Đối với vật chất thông thường, chúng ta biết rằng hai khối lượng này – khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn – phải bằng khoảng 1 phần 100 tỷ, nhờ những ràng buộc thực nghiệm từ một cơ cấu được thiết kế hơn 100 năm trước bởi Loránd Eötvös.
các hình thức giống hệt nhau. Nếu chữ ‘m’ trong lực hấp dẫn mang dấu âm đối với phản vật chất, thì các thí nghiệm sắp tới sẽ tiết lộ điều đó.
Tuy nhiên, đối với phản vật chất, chúng ta chưa bao giờ có thể đo được điều này. Chúng ta đã tác dụng lực phi hấp dẫn lên phản vật chất và thấy nó tăng tốc, đồng thời chúng ta cũng đã tạo ra và hủy diệt phản vật chất; chúng ta chắc chắn khối lượng quán tính của nó hoạt động như thế nào và nó hoàn toàn giống với khối lượng quán tính của vật chất bình thường. Cả F = ma và E = mc 2 đều hoạt động giống như đối với phản vật chất cũng như đối với vật chất thông thường.
Nhưng nếu chúng ta muốn biết phản vật chất hành xử như thế nào dưới tác dụng hấp dẫn, thì chúng ta không thể đi chệch khỏi những gì chúng ta mong đợi về mặt lý thuyết ; chúng ta phải đo nó. May mắn thay, có một thử nghiệm đang chạy được thiết kế để thực hiện chính xác điều đó: thử nghiệm ALPHA tại CERN.
Một trong những bước tiến lớn được thực hiện gần đây là việc tạo ra không chỉ các hạt phản vật chất mà còn cả các trạng thái liên kết ổn định, trung tính của nó. Các phản proton và positron (phản electron) có thể được tạo ra, làm chậm lại và buộc phải tương tác với nhau, nơi chúng tạo thành phản hydro trung tính. Bằng cách sử dụng sự kết hợp giữa điện trường và từ trường, chúng ta có thể giam giữ các phản nguyên tử này và giữ chúng ổn định, tránh xa vật chất có thể khiến chúng hủy diệt.
Các nhà khoa học đã giữ chúng ổn định thành công trong khoảng 20 phút mỗi lần, vượt xa khoảng thời gian micro giây mà các hạt cơ bản, không ổn định tồn tại. Họ đã tấn công chúng bằng các photon, phát hiện ra rằng chúng có quang phổ phát xạ và hấp thụ giống như các nguyên tử. Họ đã xác định được rằng các đặc tính của phản vật chất chính xác như vật lý tiêu chuẩn dự đoán.
Tất nhiên là ngoại trừ lực hấp dẫn. Máy dò ALPHA-g mới, được chế tạo tại cơ sở TRIUMF của Canada và được chuyển đến CERN vào đầu năm nay , sẽ cải thiện các giới hạn về gia tốc hấp dẫn của phản vật chất xuống ngưỡng tới hạn. Liệu phản vật chất có tăng tốc, khi có trường hấp dẫn trên bề mặt Trái đất, ở mức +9,8 m/s 2 ( xuống), ở mức -9,8 m/s 2 (lên), ở 0 m/s 2 (không có gia tốc trọng trường ở all) hoặc một số giá trị khác?
Từ cả góc độ lý thuyết và ứng dụng, bất kỳ kết quả nào khác ngoài mức +9,8 m/s 2 dự kiến sẽ hoàn toàn mang tính cách mạng.
Bản sao phản vật chất của mọi hạt vật chất phải có:
- cùng một khối lượng,
- cùng một gia tốc trong trường hấp dẫn,
- điện tích trái dấu,
- vòng quay ngược lại,
- có tính chất từ giống nhau,
- nên liên kết với nhau theo cùng một cách thành các nguyên tử, phân tử và các cấu trúc lớn hơn,
- và phải có cùng phổ chuyển tiếp positron trong các cấu hình khác nhau đó.
Một số trong số này đã được đo từ lâu: khối lượng quán tính, điện tích, spin và tính chất từ của phản vật chất đều đã được biết rõ. Các đặc tính liên kết và chuyển tiếp của nó đã được đo bằng các máy dò khác tại thí nghiệm ALPHA và phù hợp với những gì vật lý hạt dự đoán.
Nhưng nếu gia tốc trọng trường trở về âm thay vì dương, thì thế giới sẽ đảo lộn theo đúng nghĩa đen.
Hiện tại, ở đây không có cái gọi là chất dẫn hấp dẫn. Trên một dây dẫn điện, các điện tích tự do tồn tại trên bề mặt và có thể di chuyển xung quanh, tự phân phối lại để phản ứng với bất kỳ điện tích nào khác ở xung quanh. Nếu bạn có điện tích bên ngoài dây dẫn điện thì bên trong dây dẫn sẽ được che chắn khỏi nguồn điện đó.
Nhưng không có cách nào để bảo vệ bạn khỏi lực hấp dẫn. Cũng không có cách nào để thiết lập một trường hấp dẫn đồng đều trong một vùng không gian, giống như bạn có thể làm giữa các bản song song của một tụ điện. Nguyên nhân? Bởi vì không giống như lực điện, được tạo ra bởi các điện tích dương và âm, chỉ có một loại “điện tích” hấp dẫn và đó là khối lượng và năng lượng. Lực hấp dẫn luôn có sức hút và đơn giản là không có cách nào tránh được điều đó.
tích điện, tạo ra một điện trường đều giữa chúng. Cấu hình này là không thể đối với lực hấp dẫn, trừ khi có một dạng khối lượng hấp dẫn âm nào đó.
Nhưng nếu bạn có khối lượng hấp dẫn âm, tất cả điều đó sẽ thay đổi. Nếu phản vật chất thực sự phản hấp dẫn, rơi lên thay vì rơi xuống, thì lực hấp dẫn sẽ coi nó như thể nó được tạo thành từ phản khối lượng hoặc phản năng lượng. Theo các định luật vật lý mà chúng ta hiểu hiện nay, các đại lượng như phản khối lượng hay phản năng lượng không tồn tại. Chúng ta có thể tưởng tượng chúng và nói về cách chúng hành xử, nhưng chúng ta mong đợi phản vật chất có khối lượng bình thường và năng lượng bình thường khi chịu tác dụng của lực hấp dẫn.
Tuy nhiên, nếu phản khối lượng tồn tại, thì một loạt tiến bộ công nghệ to lớn, được các nhà văn khoa học viễn tưởng qua nhiều thế hệ tưởng tượng, sẽ đột nhiên trở thành hiện thực về mặt vật lý.
Chúng ta có thể chế tạo một vật dẫn hấp dẫn và bảo vệ chúng ta khỏi lực hấp dẫn.
Chúng ta có thể thiết lập một tụ điện hấp dẫn trong không gian, tạo ra một trường trọng lực nhân tạo đồng nhất.
Chúng ta thậm chí có thể tạo ra động cơ dọc, vì chúng ta sẽ có khả năng làm biến dạng không thời gian theo cách chính xác mà một giải pháp toán học cho Thuyết tương đối rộng, được Miguel Alcubierre phát hiện vào năm 1994, yêu cầu.
Giải pháp này đòi hỏi khối lượng hấp dẫn âm, có thể chính xác là những gì phản vật chất có thể cung cấp.
Đó là một khả năng đáng kinh ngạc, một khả năng được hầu hết các nhà vật lý lý thuyết trên thực tế coi là cực kỳ khó xảy ra. Nhưng cho dù lý thuyết của bạn có hoang dã hay thuần hóa đến đâu, bạn nhất định phải đối đầu với chúng bằng dữ liệu thực nghiệm; chỉ thông qua việc đo lường Vũ trụ và đưa nó vào thử nghiệm, bạn mới có thể xác định chính xác cách thức hoạt động của các quy luật tự nhiên.
Cho đến khi chúng ta đo được gia tốc trọng trường của phản vật chất đến độ chính xác cần thiết để xác định xem nó rơi lên hay rơi xuống, chúng ta phải luôn để ngỏ khả năng rằng thiên nhiên có thể không hành xử như chúng ta mong đợi. Nguyên lý tương đương có thể không đúng với phản vật chất; trên thực tế, nó có thể phản sự thật 100%. Nhưng nếu đúng như vậy, một thế giới khả năng hoàn toàn mới sẽ được mở khóa. Chúng ta có thể thay đổi những giới hạn hiện đã biết về những gì con người có thể tạo ra trong Vũ trụ. Và chúng ta sẽ tìm ra câu trả lời chỉ trong vài năm nữa thông qua thí nghiệm đơn giản nhất: đặt một phản nguyên tử vào một trường hấp dẫn và quan sát xem nó rơi theo hướng nào.
Tóm lại, phản trọng lực có thật không?
Câu trả lời cho câu hỏi “Phản trọng lực có thật không?” vẫn chưa được biết chắc chắn. Không có sự đồng thuận khoa học về việc liệu phản trọng lực có thể xảy ra hay không, và không có bằng chứng thực nghiệm nào đã chứng minh hoặc bác bỏ sự tồn tại của nó một cách dứt khoát.
Tuy nhiên, có một số lý thuyết cho rằng phản trọng lực có thể là có thật. Một lý thuyết cho rằng phản trọng lực có thể được gây ra bởi sự tồn tại của khối lượng âm. Khối lượng âm là một loại vật chất giả thuyết có điện tích hấp dẫn âm. Nếu khối lượng âm tồn tại, nó có thể lý thuyết là hủy bỏ lực hấp dẫn của khối lượng dương, tạo ra trạng thái phản trọng lực.
Một lý thuyết khác cho rằng phản trọng lực có thể được gây ra bởi sự tồn tại của lực lượng cơ bản thứ năm của tự nhiên. Bốn lực cơ bản đã biết của tự nhiên là trọng lực, điện từ, lực mạnh và lực yếu. Một lực cơ bản thứ năm có thể lý thuyết là chịu trách nhiệm cho phản trọng lực.
Đã có một số thí nghiệm được tiến hành để điều tra khả năng phản trọng lực. Tuy nhiên, kết quả của các thí nghiệm này vẫn chưa được kết luận. Một số thí nghiệm đã gợi ý rằng phản trọng lực có thể là có thể, trong khi những thí nghiệm khác đã gợi ý rằng nó không.
Nhìn chung, câu hỏi liệu phản trọng lực có thật hay không vẫn còn bỏ ngỏ. Cần có thêm nghiên cứu để xác định liệu phản trọng lực có thể xảy ra hay không và nếu có, cách tạo ra nó.
Dưới đây là một số thông tin bổ sung về phản trọng lực:
- Phản trọng lực là một hiện tượng giả thuyết về việc tạo ra một khu vực hoặc vật thể không chịu tác dụng của lực hấp dẫn.
- Phản trọng lực có thể được sử dụng cho nhiều mục đích, chẳng hạn như du hành vũ trụ, vận tải và xây dựng.
- Có một số lý thuyết về cách tạo ra phản trọng lực, nhưng vẫn chưa có lý thuyết nào được chứng minh.
