Антигравитация (также известная как негравитационное поле ) — гипотетическое явление создания места или объекта, свободного от силы гравитации . Оно не относится ни к отсутствию веса под действием гравитации, испытываемому при свободном падении или на орбите , ни к уравновешиванию силы гравитации какой-либо другой силой, такой как электромагнетизм или аэродинамическая подъемная сила . Антигравитация — повторяющееся понятие в научной фантастике. Примерами являются блокирующее гравитацию вещество «Кейворит» в романе Герберта Уэллса « Первые люди на Луне» и машины «Спиндиззи» в романе Джеймса Блиша «Города в полете» .
Термин «антигравитация» часто используется для обозначения устройств, которые выглядят так, как будто они обращают гравитацию, хотя на самом деле они работают с помощью других средств, например, подъемников , которые летают в воздухе, перемещая воздух с помощью электромагнитных полей . [1] [2]
Возможность создания антигравитации зависит от полного понимания и описания гравитации и ее взаимодействия с другими физическими теориями, такими как общая теория относительности и квантовая механика ; по состоянию на текущий год физикам еще предстоит открыть квантовую теорию гравитации.
Летом 1666 года Исаак Ньютон наблюдал, как яблоко падает с дерева в его саду, тем самым осознав принцип всемирного тяготения . [3] Альберт Эйнштейн в 1915 году рассматривал физическое взаимодействие между материей и пространством, где гравитация возникает как следствие того, что материя вызывает геометрическую деформацию пространства-времени, которое в противном случае было бы плоским. [4] [5] [6] Эйнштейн, как самостоятельно, так и вместе с Вальтером Майером , пытался объединить свою теорию гравитации с электромагнетизмом, используя работы Теодора Калуцы [7] и Джеймса Клерка Максвелла, чтобы связать гравитацию и квантовую теорию поля . [8]
Теоретические квантовые физики постулировали существование квантовой гравитационной частицы, гравитона . Были созданы различные теоретические объяснения квантовой гравитации , включая теорию суперструн , петлевую квантовую гравитацию , теорию E8 и асимптотическую теорию безопасности среди многих других.
В законе всемирного тяготения Ньютона гравитация была внешней силой, передаваемой неизвестным образом. В 20 веке модель Ньютона была заменена общей теорией относительности, где гравитация не является силой, а результатом геометрии пространства-времени. Согласно общей теории относительности, антигравитация невозможна, за исключением случаев, когда имеются надуманные обстоятельства. [9] [10] [11]
В 1948 году бизнесмен Роджер Бабсон (основатель колледжа Бабсона ) основал Фонд исследований гравитации для изучения способов уменьшения воздействия гравитации. [12] Их усилия изначально были несколько « эксцентричными », но они время от времени проводили конференции, которые привлекали таких людей, как Кларенс Бердсай , известный своими замороженными продуктами, и пионер вертолетостроения Игорь Сикорский . [ требуется ссылка ] Со временем Фонд переключил свое внимание с попыток контролировать гравитацию на простое лучшее ее понимание. Фонд почти исчез после смерти Бабсона в 1967 году. Тем не менее, он продолжает проводить премию за эссе, предлагая призы до 4000 долларов. По состоянию на 2017 год он по-прежнему администрируется из Уэллсли, штат Массачусетс , Джорджем Райдаутом-младшим, сыном первоначального директора фонда. [13] Среди победителей — калифорнийский астрофизик Джордж Ф. Смут (1993), который позже получил Нобелевскую премию по физике 2006 года , и Джерард 'т Хоофт (2015), который ранее получил Нобелевскую премию по физике 1999 года. [14]
Общая теория относительности была введена в 1910-х годах, но развитие теории было значительно замедлено из-за отсутствия подходящих математических инструментов. [ необходимо разъяснение ] Оказалось, что антигравитация была запрещена общей теорией относительности.
Утверждается, что ВВС США также проводили исследовательскую работу в течение 1950-х и в 1960-х годах. [15] Бывший подполковник Ансель Талберт написал две серии газетных статей, в которых утверждал, что большинство крупных авиационных фирм начали исследования в области управления гравитацией в 1950-х годах. Однако внешних подтверждений этих историй мало, и поскольку они происходят в разгар эпохи политики пресс-релизов , неясно, какое значение следует придавать этим историям.
Известно, что серьезные усилия предпринимались в компании Glenn L. Martin Company , которая сформировала Научно-исследовательский институт перспективных исследований. [16] [17] Крупные газеты объявили о контракте, который был заключен между физиком-теоретиком Буркхардом Хаймом и компанией Glenn L. Martin Company. Еще одной попыткой частного сектора овладеть пониманием гравитации стало создание Института полевой физики в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл в 1956 году попечителем Фонда исследований гравитации Агню Х. Бансоном.
Военная поддержка антигравитационных проектов была прекращена поправкой Мэнсфилда 1973 года, которая ограничила расходы Министерства обороны только областями научных исследований с явным военным применением. Поправка Мэнсфилда была принята специально для того, чтобы положить конец долгосрочным проектам, которые не могли продемонстрировать свои усилия.
Согласно общей теории относительности, гравитация является результатом следования пространственной геометрии (изменение нормальной формы пространства), вызванной локальной массой-энергией. Эта теория утверждает, что именно измененная форма пространства, деформированная массивными объектами, вызывает гравитацию, которая на самом деле является свойством деформированного пространства, а не истинной силой. Хотя уравнения обычно не могут создать «отрицательную геометрию», это можно сделать, используя « отрицательную массу ». Те же самые уравнения сами по себе не исключают существование отрицательной массы.
И общая теория относительности, и ньютоновская гравитация, по-видимому, предсказывают, что отрицательная масса будет создавать отталкивающее гравитационное поле. В частности, сэр Герман Бонди в 1957 году предположил, что отрицательная гравитационная масса в сочетании с отрицательной инертной массой будет соответствовать сильному принципу эквивалентности общей теории относительности и ньютоновским законам сохранения линейного импульса и энергии. Доказательство Бонди дало решения без сингулярностей для уравнений теории относительности. [18] В июле 1988 года Роберт Л. Форвард представил доклад на 24-й совместной конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE по движению, в котором предложил систему движения Бонди с отрицательной гравитационной массой. [19]
Бонди указал, что отрицательная масса будет падать в направлении (а не от) «нормальной» материи, поскольку, хотя гравитационная сила отталкивающая, отрицательная масса (согласно закону Ньютона, F=ma) реагирует ускорением в противоположном направлении силы. Нормальная масса, с другой стороны, будет падать от отрицательной материи. Он отметил, что две одинаковые массы, одна положительная и одна отрицательная, размещенные рядом друг с другом, будут, таким образом, самоускоряться в направлении линии между ними, причем отрицательная масса будет преследовать положительную массу. [18] Обратите внимание, что поскольку отрицательная масса приобретает отрицательную кинетическую энергию , общая энергия ускоряющихся масс остается равной нулю. Форвард указал, что эффект самоускорения обусловлен отрицательной инертной массой и может быть замечен как вызванный без гравитационных сил между частицами. [19]
Стандартная модель физики элементарных частиц, описывающая все известные в настоящее время формы материи, не включает отрицательную массу. Хотя космологическая темная материя может состоять из частиц вне Стандартной модели, природа которых неизвестна, их масса, по-видимому, известна, поскольку они были постулированы из их гравитационного воздействия на окружающие объекты, что подразумевает, что их масса положительна. Предложенная космологическая темная энергия , с другой стороны, более сложна, поскольку согласно общей теории относительности эффекты как ее плотности энергии, так и ее отрицательного давления способствуют ее гравитационному воздействию.
В рамках общей теории относительности любая форма энергии соединяется с пространством-временем, создавая геометрии, вызывающие гравитацию. Долгосрочным вопросом было, применимы ли эти же уравнения к антиматерии . Вопрос считался решенным в 1960 году с развитием симметрии CPT , которая продемонстрировала, что антиматерия подчиняется тем же законам физики, что и «обычная» материя, и, следовательно, имеет положительное энергетическое содержание, а также вызывает (и реагирует на) гравитацию, как и обычная материя (см. гравитационное взаимодействие антиматерии ).
На протяжении большей части последней четверти 20-го века физическое сообщество было вовлечено в попытки создать единую теорию поля , единую физическую теорию, которая объясняет четыре фундаментальные силы: гравитацию, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные силы. Ученые достигли прогресса в объединении трех квантовых сил , но гравитация оставалась «проблемой» в каждой попытке. Однако это не остановило ни одного такого рода попытки.
В целом эти попытки пытались «квантовать гравитацию», постулируя частицу, гравитон , которая переносит гравитацию таким же образом, как фотоны (свет) переносят электромагнетизм. Однако все простые попытки в этом направлении потерпели неудачу, что привело к более сложным примерам, которые пытались объяснить эти проблемы. Две из них, суперсимметрия и связанная с относительностью супергравитация , обе требовали существования чрезвычайно слабой «пятой силы», переносимой гравифотоном , которая связывала воедино несколько «свободных концов» в квантовой теории поля организованным образом. В качестве побочного эффекта обе теории также почти требовали, чтобы антиматерия подвергалась воздействию этой пятой силы способом, подобным антигравитации, диктуя отталкивание от массы. В 1990-х годах было проведено несколько экспериментов для измерения этого эффекта, но ни один из них не дал положительных результатов. [20]
В 2013 году ЦЕРН искал эффект антигравитации в эксперименте, разработанном для изучения уровней энергии в антиводороде. Измерение антигравитации было просто «интересным второстепенным событием» и не дало окончательных результатов. [21]
В конце двадцатого века НАСА финансировало программу Breakthrough Propulsion Physics Program (BPP) с 1996 по 2002 год. Эта программа изучала ряд «далеких» проектов космических двигателей, которые не получали финансирования через обычные университетские или коммерческие каналы. Антигравитационные концепции исследовались под названием «диаметральный привод». Работа по программе BPP продолжается в независимом, не связанном с НАСА фонде Tau Zero Foundation . [22]
Было предпринято несколько попыток построить антигравитационные устройства, и в научной литературе было небольшое количество сообщений об эффектах, подобных антигравитации. Ни один из приведенных ниже примеров не принимается в качестве воспроизводимых примеров антигравитации.
Гироскопы при скручивании создают силу, которая действует «вне плоскости» и может казаться поднимающей их против гравитации. Хотя эта сила хорошо известна как иллюзорная, даже в ньютоновских моделях, она, тем не менее, породила многочисленные заявления об антигравитационных устройствах и ряд запатентованных устройств. Ни одно из этих устройств никогда не демонстрировало работу в контролируемых условиях, и в результате они часто становились предметом теорий заговора .
Другой пример «вращающегося устройства» показан в серии патентов, выданных Генри Уоллесу между 1968 и 1974 годами. Его устройства состоят из быстро вращающихся дисков из латуни , материала, состоящего в основном из элементов с общим полуцелым ядерным спином. Он утверждал, что при быстром вращении диска из такого материала ядерный спин выравнивается, и в результате создается «гравитомагнитное» поле, аналогичное магнитному полю, создаваемому эффектом Барнетта . [23] [24] [25] Неизвестно ни о каком независимом тестировании или публичной демонстрации этих устройств.
В 1989 году было сообщено, что вес уменьшается вдоль оси правого вращающегося гироскопа. [26] Проверка этого утверждения годом позже дала нулевые результаты. [27] Была дана рекомендация провести дополнительные испытания на конференции AIP 1999 года. [28]
В 1921 году, еще учась в старшей школе , Томас Таунсенд Браун обнаружил, что высоковольтная трубка Кулиджа, по-видимому, меняет массу в зависимости от ее ориентации на весах. В течение 1920-х годов Браун разработал это в устройства, которые сочетали высокое напряжение с материалами с высокой диэлектрической проницаемостью (по сути, большие конденсаторы ); он назвал такое устройство «гравитатором». Браун заявил наблюдателям и в СМИ, что его эксперименты демонстрируют эффекты антигравитации. Браун продолжил свою работу и создал серию высоковольтных устройств в последующие годы, пытаясь продать свои идеи авиастроительным компаниям и военным. Он придумал названия эффект Бифельда-Брауна и электрогравитация в сочетании со своими устройствами. Браун испытал свои асимметричные конденсаторные устройства в вакууме, предположительно показав, что это не более приземленный электрогидродинамический эффект, создаваемый потоком ионов высокого напряжения в воздухе.
Электрогравитация — популярная тема в уфологии , антигравитации, свободной энергии , с правительственными теоретиками заговора и связанными с ними веб-сайтами, в книгах и публикациях с утверждениями, что технология стала строго засекреченной в начале 1960-х годов и что она используется для питания НЛО и бомбардировщика B-2 . [29] Также в Интернете есть исследования и видео, предположительно демонстрирующие конденсаторные устройства типа подъемника, работающие в вакууме, поэтому не получающие тягу от дрейфа ионов или ионного ветра, генерируемого в воздухе. [29] [30]
Последующие исследования работы Брауна и других заявлений были проведены Р. Л. Талли в исследовании ВВС США 1990 года, ученым НАСА Джонатаном Кэмпбеллом в эксперименте 2003 года [29] и Мартином Таймаром в статье 2004 года [31] . Они обнаружили, что в вакууме не наблюдается никакой тяги, и что устройства Брауна и другие ионные подъемники создают тягу вдоль своей оси независимо от направления силы тяжести, что соответствует электрогидродинамическим эффектам.
В 1992 году российский исследователь Евгений Подклетнов заявил, что, экспериментируя со сверхпроводниками , он обнаружил , что быстро вращающийся сверхпроводник уменьшает гравитационный эффект. [32] Многие исследования пытались воспроизвести эксперимент Подклетнова, но всегда с отрицательными результатами. [33] [34] [35] [36]
Дуглас Торр из Университета Алабамы в Хантсвилле предложил, как зависящее от времени магнитное поле может заставить спины ионов решетки в сверхпроводнике генерировать обнаруживаемые гравитомагнитные и гравитоэлектрические поля в серии статей, опубликованных между 1991 и 1993 годами. [37] [38] [39] В 1999 году в Popular Mechanics появилась некая мисс Ли , заявляющая, что сконструировала рабочий прототип для создания того, что она описала как «гравитацию переменного тока». Никаких дополнительных доказательств существования этого прототипа представлено не было. [40] [41]
Дуглас Торр и Тимир Датта участвовали в разработке «генератора гравитации» в Университете Южной Каролины . [42] Согласно просочившемуся документу из Управления передачи технологий в Университете Южной Каролины и подтвержденному репортером Wired Чарльзом Платтом в 1998 году, устройство будет создавать «силовой луч» в любом желаемом направлении, и университет планировал запатентовать и лицензировать это устройство. Никакой дополнительной информации об этом исследовательском проекте университета или устройстве «Генератор гравитации» никогда не было опубликовано. [43]
Институт гравитационных исследований Научного фонда Гёде пытался воспроизвести множество различных экспериментов, в которых заявлялось о каких-либо эффектах «антигравитации». Все попытки этой группы наблюдать эффект антигравитации путем воспроизведения прошлых экспериментов до сих пор не увенчались успехом. Фонд предложил вознаграждение в один миллион евро за воспроизводимый эксперимент по антигравитации. [44]
Существование антигравитации — распространённая тема в фэнтези и научной фантастике .
Апергия — вымышленная форма антигравитационной энергии, впервые описанная Перси Грегом в его романе о мече и планете «Через Зодиак» ( 1880) . [45]
Джон Джейкоб Астор IV использовал его в своем научно-фантастическом романе 1894 года « Путешествие в иные миры ». [46] Джек Лондон описывает его как «гипотетическое существование силы, обратной гравитации, которую Астор назвал «апергией»» в своем рассказе под названием «Тысяча смертей», впервые опубликованном в «Черном коте » в 1899 году. [47]
Аперги также можно найти в статье 1896 года «Некоторые истины о Кили» [48] , где Клара Джессап Блумфилд-Мур использовала его для описания скрытой силы, которую Джон Кили обуздал, используя частоту для высвобождения скрытой силы, обнаруженной во всей атомной материи . [49]
В якобы невыдуманной статье, опубликованной в 1897 году в The San Francisco Call под названием «Секрет воздушного полета раскрыт» [50], научный корреспондент Фрэнк М. Клоуз, доктор наук, посещает неназванного индуса, маскирующегося под виноградаря где-то на побережье Тихого океана , который утверждает, что изобрел летающую лодку, которая использует «апергент» — редкий металл под названием «радлум» — для создания контролируемой апергической силы, позволяющей судну подниматься и опускаться. Изобретатель описывает апергию как «силу, полученную путем смешивания положительного и отрицательного электричества с ультеиком, третьим элементом или состоянием электрической энергии» и называет апергию «второй фазой гравитации», намекая также на третью фазу.
В рассказе С. П. Мика «Холодный свет», опубликованном в марте 1930 года в журнале Astounding Stories of Super-Science [51] , апергия упоминается как сила, противоположная гравитации.
В рассказе Криса Роберсона "Annus Mirabilis" из второго тома Tales of the Shadowmen 2006 года Доктор Омега и Альберт Эйнштейн исследуют апергию. Апергия также упоминается в комиксе Уоррена Эллиса Aetheric Mechanics , как созданная с помощью технологии кейворита из The First Men in the Moon .
В романе Герберта Уэллса 1901 года «Первые люди на Луне » космические путешествия основаны на свойствах « каворита », блокирующего гравитацию.
В рассказе Филипа Фрэнсиса Ноулана 1928 года «Армагеддон 2419 н. э.» описывается «инертрон», вещество, которое падает вверх. История легла в основу комикса « Бак Роджерс» и его адаптаций.
Критерии:
Определения из Викисловаря
Медиа из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Викицитатника
Тексты из Викиресурса
Учебники из Wikibooks
Ресурсы из Викиверситета