A dinamika törvénye szerint egy test gyorsulásának iránya megegyezik a testre ható erővel irányával. Azaz – nagyon leegyszerűsítve – amennyiben megtolunk egy könyvet vagy egy széket balról jobbra, akkor az jobbra fog elmozdulni, azaz a gyorsulása követni fogja a rá ható erő irányát. (Nagyon dióhéjban persze, mert azért akadhat egy halom zavaró tényező, amely befolyásolhatja a „kísérlet” végkimenetelét.)
Persze mi sem természetesebb annál, minthogy egy balról jobbra megtolt tárgy valóban jobbra halad, azonban ez mégsem törvényszerű: elméletileg lehet az anyagnak negatív tömege ugyanúgy, ahogy az elektromos töltés is lehet negatív vagy pozitív. Persze itt nem arról van szó, hogy megdöntötték vagy érvénytelenítették volna Newton II. törvényét –
a történet kulcsa nagyrészt a kvantumvilág misztikusságában rejlik, amelyben nemhogy a newtoni, de a jóval modernebb és összetettebb relativisztikus fizika alaptörvényei sem alkalmazhatók kellőképpen.
Nos, a napokban a Washington Állami Egyetem kutatói ismertették a negatív tömegű anyag jelenségét a Physical Review Letters tudományos folyóiratban. Peter Engels és munkatársai rubídiumatomokat hűtöttek le majdnem 0 Kelvinre, azaz abszolút nullára (ez Celsiusban számolva –273 fok), így pedig létrehoztak egy Bose–Einstein-kondenzációt (BEK), amely egy bozonokból álló híg gáz állapotú anyag.
Igen, megint Einstein. Noha az általa tökéletesen kidolgozott speciális és általános relativitáselmélet teljesen másképp magyarázza a világ működését, mint a 20. század második felében jobban kibontakozó kvantummechanika – előbbi a makro-, utóbbi a mikrovilágra összpontosít –, Einsteinnek mégis számos olyan elmélete és elgondolása volt, amellyel hozzájárult a modern kor legfontosabb tudományágának a fejlődéséhez – ilyen volt a BEK is, amelyet Einstein és Satyendra Nath Bose 1924 és 1925 körül jósolt meg.
Bár azért azt jegyezzük meg, hogy Einsteinnek nem tetszett a gondolat, hogy a kvantumvilágban elveszítjük (részlegesen) a determinisztikusságot, mert bizonyos jelenségeket csupán valószínűsíteni tudunk, és elméletileg sem tudunk pontosan meghatározni – ilyen a hullámfüggvény változása is.
De kissé elkanyarodtunk a negatív tömegtől és a Bose–Einstein-kondenzációtól.
Szóval az abszolút nulla fokhoz közel a bozonok jelentős része felveszi a legalacsonyabb kvantumállapotot, amelynek következtében egyfajta makroszkopikus kvantumjelenség figyelhető meg
– a jelenségnek köszönhetően pedig a kvantumvilág rejtélyes folyamatait „életnagyságban” is tetten érhetik a fizikusok. Rejtélyből meg ugye van elég, hiszen a determinisztikusság csökkenésével egyenes arányban nő a misztikusság mértéke, ugyebár. Mivel ebben az állapotban a részecskék nagyon lassan mozognak, a kvantummechanika elveit követve hullámként kezdenek viselkedni. Az így létrehozott szuperfolyékony anyagnak súrlódásmentes a folyadékállapota, azaz a folyadék energiaveszteség nélkül tud áramlani.
A negatív tömeg állapotának létrehozásához a kutatók lézert használtak ahhoz, hogy befogják, majd ide-oda mozgassák a rubídiumatomokat, ezzel pedig sikerült megváltoztatni a forgásukat. Amikor az atomokat kiengedték ebből a lézercsapádból, azok tágultak, és egyes atomok negatív tömeget mutattak.
„A negatív tömeget úgy képzeljük el, hogy miután meglökünk egy tárgyat, az felénk indul el gyorsulva. Olyan ez, mintha a rubídium egy láthatatlan falnak ütközött volna”
– magyarázta Michael Forbes, az egyetem társprofesszora. A kísérlet nagy tudományos siker, ugyanis először sikerült tökéletesen uralni ennek a negatív tömegnek a természetét mindenféle komplikációk nélkül.
A felfedezés kiemelt fontosságú lehet az elméleti fizikusoknak, ugyanis segíthet nekik jobban megérteni a neutroncsillagok belsejében lejátszódó folyamatokat – ugyanis ezek is szuperfolyadékként viselkednek –, valamint jobban kiismerhetik a fekete lyukak és a sötét energia természetét.