Антигравітація — гіпотетична властивість тіл, протилежна за проявами до гравітації, а також спосіб зменшення чи подолання дії гравітації. Це не стосується ні відсутності ваги під дією сили тяжіння, що виникає під час вільного падіння або руху на орбіті, ні збалансування сили тяжіння якоюсь іншою силою, такою як електромагнетизм або аеродинамічна підйомна сила. Антигравітація — це повторюване поняття у науковій фантастиці.
Термін «антигравітація» часто використовується для позначення пристроїв, які виглядають так, ніби вони протидіють гравітації, хоча й працюють за допомогою інших засобів, таких як , які літають у повітрі, переміщуючи повітря за допомогою електромагнітних полів.
Історичні спроби зрозуміти гравітацію
Можливість створення антигравітації залежить від повного розуміння та опису гравітації та її взаємодії з іншими фізичними теоріями, такими як загальна теорія відносності та квантова механіка; однак, квантова теорія гравітації ще не знайдена.
За легендою, влітку 1666 року Ісаак Ньютон спостерігав, як яблуко падає з дерева у своєму саду, тим самим усвідомивши принцип всесвітнього тяжіння. Але він не пояснив її причини. 1915 року Альберт Ейнштейн розглядав фізичну взаємодію між матерією та простором, де гравітація виникає внаслідок того, що матерія викликає геометричну деформацію простору-часу, який в іншому випадку є «плоским»Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John Archibald Wheeler Gravitation, p. 1231, Princeton University Press, 24 October 2017 , , Retrieved 2019-06-16. Ейнштейн, як самостійно, так і разом з , намагався об'єднати свою теорію гравітації з електромагнетизмом, використовуючи роботи Теодора Калуци https://archive.org/details/sitzungsberichte1921preussi та Джеймса Клерка Максвелла, щоб пов'язати гравітацію та квантову теорію поляEinstein, Albert (1879—1955). Autograph manuscript, comprising calculations and arguments from the Einheitliche theorie von Gravitation un Elektrizitt Christie's Retrieved 2019-06-16.
Квантові фізики-теоретики висунули гіпотезу про існування квантової гравітаційної частинки, гравітону. Було створено різні теоретичні пояснення квантової гравітації, зокрема теорію суперструн, петльову квантову гравітацію, надзвичайно просту теорію всього, теорію та багато інших.
Ймовірні рішення
У законі всесвітнього тяжіння Ньютона гравітація була зовнішньою силою, що передається невідомим чином. У 20 столітті модель Ньютона була замінена загальною теорією відносності, де гравітація не є силою, а результатом геометрії простору-часу. Згідно з загальною теорією відносності, антигравітація неможлива, окрім як за штучних обставинPeskin, M and Schroeder, D.; An Introduction to Quantum Field Theory (Westview Press, 1995) Polchinski, Joseph (1998). String Theory, Cambridge University Press. A modern textbook.
Гравітаційне екранування
Бізнесмен (засновник ) 1948 року заснував з метою вивчення способів зменшення впливу гравітації. Вони час від часу проводили конференції, на які приїжджали такі люди, як Кларенс Бердсай, відомий своїми замороженими продуктами, та піонер вертольотобудування Ігор Сікорський. З часом Фонд переключив свою увагу з спроб контролю гравітації на просто краще її розуміння. Після смерті Бабсона 1967 року Фонд майже зник, однак він продовжує проводити премію за есе, пропонуючи призи до 4000 доларів. Станом на 2017 рік, вона все ще адмініструється з Веллслі, штат Массачусетс, Джорджем Райдаутом-молодшим, сином першого директора фондуList of winners . Серед лауреатів — каліфорнійський астрофізик Джордж Ф. Смут (1993), який пізніше отримав Нобелівську премію з фізики 2006 року, та Джерард 'т Хоофт (2015), який раніше отримав Нобелівську премію з фізики 1999 року.
Дослідження загальної теорії відносності в 1950-х роках Загальна теорія відносності була введена в 1910-х роках, але розвиток теорії значно уповільнився через брак відповідного математичного інструментарію. Здавалося, що антигравітація була заборонена загальною теорією відносності. Стверджується, що ВПС США також проводили дослідження протягом 1950-х і 1960-х роківGoldberg, J. M. (1992). US air force support of general relativity: 1956—1972. In, J. Eisenstaedt & A. J. Kox (Ed.), Studies in the History of General Relativity, Volume 3 Boston, Massachusetts: Center for Einstein Studies. . Колишній підполковник написав дві серії газетних статей, у яких стверджував, що більшість великих авіаційних компаній розпочали дослідження в галузі гравітаційного управління рухом у 1950-х роках. Однак зовнішнього підтвердження цих історій немає, і оскільки вони відбуваються в розпал ери , незрозуміло, яку вагу слід надавати цим історіям.
Відомо, що серйозні зусилля в цьому напрямку докладала компанія Glenn L. Martin Company, яка створила Mallan, L. (1958). Space satellites (How to book 364). Greenwich, CT: Fawcett Publications, pp. 9–10, 137, 139. LCCN 58-001060. Провідні газети оголосили про укладення контракту між фізиком-теоретиком і компанією Glenn L. Martin Company. Іншою спробою приватного сектора опанувати розуміння гравітації було створення Інституту фізики поля 1956 року при Університеті Північної Кароліни в Чапел-Хілл, засновником якого був член ради директорів Фонду досліджень гравітації Агню Бансон.
Військова підтримка з антигравітації була припинена поправкою Менсфілда 1973 року, яка обмежувала витрати Міністерства оборони лише галузями наукових досліджень з явним військовим застосуванням. Поправка Менсфілда була прийнята спеціально для того, щоб припинити тривалі проекти, які не мали результатів.
Згідно із загальною теорією відносності, гравітація є результатом дотримання просторової геометрії (зміни нормальної форми простору), спричиненої локальною масою-енергією. Ця теорія стверджує, що саме змінена форма простору, деформована масивними об'єктами, спричиняє гравітацію, яка насправді є властивістю деформованого простору, а не справжньою силою. Хоча рівняння зазвичай не можуть створити «негативну геометрію», це можливо зробити, використовуючи . Ті ж рівняння самі по собі не виключають існування негативної маси.
Як загальна теорія відносності, так і ньютонівська гравітація, здається, передбачають, що негативна маса створюватиме відштовхувальне гравітаційне поле. Зокрема, сер Герман Бонді 1957 року припустив, що негативна гравітаційна маса в поєднанні з негативною інерційною масою відповідатиме принципу сильної еквівалентності загальної теорії відносності та ньютонівським законам збереження лінійного імпульсу та енергії. Доведення Бонді дало розв'язки без сингулярності для рівнянь відносності. У липні 1988 року Роберт Л. Форвард представив доповідь на 24-й спільній конференції AIAA/ASME/SAE/ASEE, в якій запропонував рушійну систему Бонді на основі негативної гравітаційної маси; see also commentary .
Бонді зазначив, що негативна маса падатиме до (а не від) «нормальної» матерії, оскільки гравітаційна сила є відштовхуючою, негативна маса (згідно із законом Ньютона, F=ma) реагує прискоренням у напрямку, протилежному напрямку сили. Звичайна маса, з іншого боку, буде віддалятися від негативної матерії. Він зазначив, що дві однакові маси, одна позитивна, а інша негативна, розміщені поблизу одна одної, тому самоприскорюватимуться в напрямку лінії між ними, причому негативна маса переслідуватиме позитивну масу. Оскільки негативна маса набуває негативної кінетичної енергії, загальна енергія прискорюючих мас залишається рівною нулю. Форвард зазначив, що ефект самоприскорення зумовлений негативною інерційною масою і може бути викликаний без гравітаційних сил між частинками.
Стандартна модель фізики елементарних частинок, яка описує всі відомі форми матерії, не включає негативну масу. Хоча космологічна темна матерія може складатися з частинок поза Стандартної моделі, природа яких невідома, їхня маса нібито відома, оскільки вони були визначені і на основі їхнього гравітаційного впливу на навколишні об'єкти, що означає, що їхня маса позитивна. Запропонована космологічна темна енергія, з іншого боку, є складнішою, оскільки згідно із загальною теорією відносності, як її енергетична щільність, так і її негативний тиск сприяють її гравітаційному впливу.
Унікальна сила Згідно з загальною теорією відносності, будь-яка форма енергії взаємодіє з простором-часом, створюючи геометрії, що викликають гравітацію. Давнім питанням було те, чи застосовні ці ж рівняння до антиматерії. Питання вважалося вирішеним 1960 року з розробкою CPT-інваріантністі, яка продемонструвала, що антиматерія підпорядковується тим самим законам фізики, що й «нормальна» матерія, і тому має позитивний енергетичний вміст, а також викликає (і реагує на) гравітацію, як і звичайна матерія (див. ).
Протягом більшої частини останньої чверті 20-го століття фізична спільнота намагалася створити об'єднану теорію поля, єдину фізичну теорію, яка пояснює чотири фундаментальні сили: гравітацію, електромагнетизм, а також сильні та слабкі ядерні взаємодії. Вчені досягли прогресу в об'єднанні трьох квантових сил, але гравітація залишалася «проблемою» в кожній спробі. Однак це не зупинило низку таких спроб.
Загалом ці спроби були спрямовані на «квантування гравітації», шляхом створення частинки, гравітону, яка б переносила гравітацію так само, як фотони переносять електромагнетизм. Однак усі прості спроби в цьому напрямку зазнали невдачі, що призвело до появи більш складних прикладів, які намагалися пояснити ці проблеми. Дві з них, суперсиметрія та пов'язана з теорією відносності супергравітація, вимагали існування надзвичайно слабкої «п'ятої сили», що переноситься , який організовано поєднував кілька «неузгоджених моментів» у квантовій теорії поля. Як побічний ефект, обидві теорії також вимагали, щоб антиматерія піддавалася впливу цієї п'ятої сили подібно до антигравітації, що диктувало відштовхування від маси. У 1990-х роках було проведено кілька експериментів для вимірювання цього ефекту, але жоден з них не дав позитивних результатівSupergravity and the Unification of the Laws of Physics, by Daniel Z. Freedman and Peter van Nieuwenhuizen, Scientific American, February 1978.
2013 року ЦЕРН шукав ефект антигравітації в експерименті, призначеному для вивчення рівнів енергії в антиводні. Вимірювання антигравітації було лише «цікавим додатком» і не дало остаточних результатівJason Palmer, Antigravity gets first test at Cern's Alpha experiment, bbc.co.uk, 30 April 2013 .
Програма прориву у фізиці рушійних систем
Наприкінці двадцятого століття NASA фінансувала Програма прориву у фізиці рушійних систем (ПФРС) з 1996 по 2002 рік. У рамках цієї програми вивчалися низку «фантастичних» проектів космічних двигунів, які не отримували фінансування через звичайні університетські або комерційні канали. Концепції, подібні до антигравітації, досліджувалися під назвою «діаметричний привід». Робота програми (ПФРС) продовжується в незалежному, не пов'язаному з NASA Фонді Тау ЗероTau Zero Foundation.
Дослідницькі твердження та комерційні зусилля Дослідники зробили низку спроб у створенні антигравітаційних пристроїв, а також опублікували кілька повідомлень про антигравітаційні ефекти в науковій літературі. Жоден із наведених нижче прикладів не вважається відтворюваним прикладом антигравітації.Дослідники зробили низку спроб у створенні антигравітаційних пристроїв
Гіроскопічні пристрої
Гіроскопи при скручуванні створюють силу, яка діє «поза площиною» і може здаватися, що вони піднімаються всупереч гравітації. Хоча добре відомо, що ця сила є ілюзорною, навіть за моделями Ньютона, вона все ж породила численні заяви про антигравітаційні пристрої та безліч запатентованих пристроїв. Жоден з цих пристроїв ніколи не працював у контрольованих умовах, і в результаті вони часто ставали предметом теорій змови.