Экзотическая материя

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Экзотика»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( октябрь 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Есть несколько предлагаемых видов экзотической материи :

• Гипотетические частицы и состояния материи, обладающие «экзотическими» физическими свойствами , которые нарушают известные законы физики , например, частица с отрицательной массой .
• Гипотетические частицы и состояния материи, которые еще не встречались, но свойства которых были бы в пределах области основной физики, если бы они были обнаружены.
• Несколько частиц, существование которых было экспериментально подтверждено, предположительно являются экзотическими адронами и находятся в пределах Стандартной модели .
• Состояния вещества , которые обычно не встречаются, такие как конденсаты Бозе – Эйнштейна , фермионные конденсаты , квантовая спиновая жидкость , струнно-сеточная жидкость , сверхкритическая жидкость , конденсат цветного стекла , кварк-глюонная плазма , ридберговское вещество , ридберговский полярон и фотонное вещество, но чьи свойства полностью находятся в сфере господствующей физики.
• Плохо изученные формы материи, такие как темная материя и зеркальная материя .
• Обычное вещество, находящееся под высоким давлением , которое может резко изменить его физические или химические свойства.
• Вырожденная материя
• Экзотические атомы

Отрицательная масса [ править ]

Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: формулы нуждаются в очистке, объяснения между ними могут быть уточнены. Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, если можете. ( Июнь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Отрицательная масса будет обладать некоторыми странными свойствами, такими как ускорение в направлении, противоположном приложенной силе . Несмотря на то, что отрицательная масса несовместима с ожидаемым поведением «нормальной» материи, она математически непротиворечива и не нарушает закон сохранения количества движения или энергии . Он используется в некоторых умозрительных теориях, например, о строительстве искусственных червоточин и двигателе Алькубьерре . Ближайшим известным реальным представителем такой экзотической материи является область плотности псевдоотрицательного давления, создаваемая эффектом Казимира .

Согласно эквивалентности массы и энергии , масса пропорциональна энергии, а коэффициент пропорциональности равен . Фактически, по-прежнему эквивалентен, хотя коэффициент является другой постоянной ^[1], например . ^[2] В этом случае нет необходимости вводить отрицательную энергию, потому что масса может быть отрицательной, хотя энергия положительная. То есть,${\ displaystyle m}$${\ displaystyle E}$${\ displaystyle c ^ {2}}$${\ displaystyle m}$${\ displaystyle E}$${\ displaystyle -c ^ {2}}$

${\ displaystyle E = -mc ^ {2}> 0}$

${\ displaystyle m = - {\ frac {E} {c ^ {2}}} <0}$

В сложившейся ситуации,

${\ displaystyle dE = Fds = {\ frac {dp} {dt}} ds = {\ frac {ds} {dt}} dp = vdp = vd (mv)}$

${\ displaystyle -c ^ {2} dm = vd (mv)}$

${\ displaystyle -c ^ {2} (2m) dm = 2mvd (mv)}$

${\ displaystyle -c ^ {2} d (m ^ {2}) = d (m ^ {2} v ^ {2})}$

${\ displaystyle -m ^ {2} c ^ {2} = m ^ {2} v ^ {2} + C}$

Когда ,${\ displaystyle v = 0}$

${\ displaystyle C = -m_ {0} ^ {2} c ^ {2}}$

Как следствие,

${\ displaystyle -m ^ {2} c ^ {2} = m ^ {2} v ^ {2} -m_ {0} ^ {2} c ^ {2}}$

${\ displaystyle m = {m_ {0} \ over {\ sqrt {1+ \ displaystyle {v ^ {2} \ over c ^ {2}}}}}}}$

где - инвариантная масса, а инвариантная энергия равна . Квадрат массы по-прежнему положительный, и частица может быть стабильной.${\ displaystyle m_ {0} <0}$${\ displaystyle E_ {0} = - m_ {0} c ^ {2}> 0}$

Поскольку ,${\displaystyle m={m_{0} \over {\sqrt {1+\displaystyle {v^{2} \over c^{2}}}}}<0}$

${\displaystyle p=mv={m_{0}v \over {\sqrt {1+\displaystyle {v^{2} \over c^{2}}}}}<0}$

Отрицательный импульс применяется для объяснения отрицательного преломления , обратного эффекта Доплера и обратного эффекта Черенкова наблюдается в отрицательный индекс метаматериале . Давление излучения в метаматериале также отрицательно ^[3] , потому что сила определяется как . Отрицательное давление существует и в темной энергии . Используя эти вышеупомянутые уравнения, соотношение энергии-импульса должно быть${\displaystyle F={\frac {dp}{dt}}}$

${\displaystyle E^{2}=-p^{2}c^{2}+m_{0}^{2}c^{4}}$

Подставляя соотношение Планка-Эйнштейна и де Бройля «с , получаем следующее дисперсионное соотношение${\displaystyle E=\hbar \omega }$${\displaystyle p=\hbar k}$

${\displaystyle \omega ^{2}=-k^{2}c^{2}+\omega _{p}^{2}}$, ${\displaystyle (E_{0}=\hbar \omega _{p}=-m_{0}c^{2}>0)}$

волны состоят из потока частиц , чья энергия импульса соотношения является ( двойственности волны-частица ) может быть возбуждены в отрицательном индексе метаматериале . Скорость такой частицы равна${\displaystyle E^{2}=-p^{2}c^{2}+m_{0}^{2}c^{4}}$

${\displaystyle v=c{\sqrt {{\frac {E_{0}^{2}}{E^{2}}}-1}}=c{\sqrt {{\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}-1}}}$

и диапазон от нуля до бесконечности

${\displaystyle {\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}<2}$, ${\displaystyle v<c}$

${\displaystyle {\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}>2}$, ${\displaystyle v>c}$

Кроме того, кинетическая энергия также отрицательна.

${\displaystyle E_{k}=E-E_{0}=-mc^{2}-(-m_{0}c^{2})=-{m_{0}c^{2} \over {\sqrt {1+\displaystyle {v^{2} \over c^{2}}}}}+m_{0}c^{2}=m_{0}c^{2}(1-{1 \over {\sqrt {1+\displaystyle {v^{2} \over c^{2}}}}})<0}$, ${\displaystyle (m_{0}<0)}$

Фактически, отрицательная кинетическая энергия существует в некоторых моделях ^[4] для описания темной энергии ( фантомной энергии ), давление которой отрицательно. Таким образом, отрицательная масса экзотической материи теперь связана с отрицательным импульсом , отрицательным давлением , отрицательной кинетической энергией и сверхсветовой скоростью .

Сложная масса [ править ]

Гипотетическая частица со сложной массой покоя всегда будет двигаться быстрее скорости света . Такие частицы называют тахионами . Подтвержденного существования тахионов нет.

${\displaystyle E={\frac {m\cdot c^{2}}{\sqrt {1-{\frac {\left|\mathbf {v} \right|^{2}}{c^{2}}}}}}}$

Если масса покоя сложна, это означает, что знаменатель сложен, потому что полная энергия наблюдаема и, следовательно, должна быть реальной . Следовательно, величина под квадратным корнем должна быть отрицательной, что может произойти только в том случае, если v больше c . Как отметил Грегори Бенфорд и др., Специальная теория относительности подразумевает, что тахионы, если они существовали, можно было бы использовать для связи в обратном направлении во времени ^[5] (см. Тахионный антителефон ). Поскольку путешествие во времени считается нефизическим, физики считают, что тахионы либо не существуют, либо неспособны взаимодействовать с нормальной материей.${\displaystyle m}$

В квантовой теории поля сложная масса вызывает конденсацию тахионов .

Материалы под высоким давлением [ править ]

Под высоким давлением такие материалы, как хлорид натрия (NaCl), в присутствии избытка хлора или натрия превращались в соединения, «запрещенные» классической химией, такие как Na
₃Cl и NaCl
₃. Квантово-механические расчеты предсказывают возможность других соединений, таких как NaCl
₇, Na
₃Cl
₂и Na
₂Cl . Материалы термодинамически стабильны при высоких давлениях. Такие соединения могут существовать в естественной среде, которая существует под высоким давлением, например, в глубинах океана или внутри ядер планет . Материалы обладают потенциально полезными свойствами. Например, Na
₃Cl - это двумерный металл, состоящий из слоев чистого натрия и соли, которые могут проводить электричество. Солевые слои действуют как изоляторы, а натриевые слои действуют как проводники. ^{[6] [7]}

См. Также [ править ]

• Антивещество  - Материал, состоящий из античастиц соответствующих частиц обычной материи.
• Темная энергия  - неизвестное в космологии свойство, вызывающее ускорение расширения Вселенной.
• Темная материя  - гипотетическая форма материи, составляющая большую часть материи Вселенной.
• Гравитационное взаимодействие антивещества  - Теория гравитации на антивеществе
• Зеркальная материя  - гипотетический аналог обычной материи
• Отрицательная энергия
• Отрицательная масса  - понятие в физических моделях
• Странная материя  - вырожденная материя из странных кварков.
• Материя КХД  - теоретические фазы материи, чьи степени свободы включают кварки и глюоны.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме экзотики .

• Экзотическая материя и негативная энергия на YouTube
• Загадка антиматерии на YouTube