Технология массовых манипуляций возможна?

Идея

Мне интересно исследовать следующую концепцию: люди открыли определенный вид материи, назовем ее «Унобтаниум» (как всегда).

Унобтаниум действительно имеет массу и состоит из известных (на сегодняшний день) элементарных частиц — хотя, возможно, в каких-то особых условиях или сочетаниях.

Какое особое свойство я хочу сделать «возможным»: если мы добавим X килограммов унобтаниума к Y килограммам обычной материи, масса результирующего вещества на самом деле будет меньше, чем X+Y . Кроме того, я не имею в виду вес , я m явно спрашивая о массе .

Мой вопрос: существуют ли сегодня известные законы физики, которые сделают это абсолютно невозможным, если не считать «волшебства» ? Чтобы уточнить: ответ «нет, мы пока не знаем, невозможна ли массовая манипуляция» является действительным.

Правила

Я также не заинтересован в уничтожении материи, для чего мы уже знаем об Антиматерии. Воздействие на вещество, к которому был добавлен Унобтаниум, должно быть минимальным.

Бонус: если можно объяснить, что добавление унобтаниума к обычному веществу (почти) полностью аннулирует полученную массу без (существенного) изменения химических свойств вещества.

За кулисами

То, чего я хотел бы добиться, - это уменьшение инерции. Скажем, если мы хотим очень быстро разогнаться до 99,999% скорости света, при условии, что у нас есть технология, позволяющая двигаться так быстро. Или иметь возможность делать «очень быстрые повороты» во время высокоскоростных путешествий - обычно это было бы невозможно из-за инерции массы, которая не только предотвратила бы почти мгновенное изменение направления, но и убила бы все живое из-за появления безумных перегрузок. в таких обстоятельствах.

Вот почему я стремлюсь к массе, а не к весу.

РЕДАКТИРОВАТЬ: я не уверен, почему «непонятно, о чем я спрашиваю», особенно с учетом того факта, что уже есть 3 очень хороших ответа, нацеленных именно на то, что я спросил :)

Есть очень важное различие между «массой» и «весом» объекта. Если я отправлю 1 кг стали и весы на Луну и положу сталь на весы, они покажут меньше 1 кг из-за меньшей гравитации. Вес стали уменьшается, но масса остается прежней. Посмотрите на этот связанный вопрос . Уменьшает ли ваш Unobtanium вес материи (бросает вызов гравитации) или массу (бросает вызов физике)?
Да, я знаю о разнице между массой, весом и даже кажущимся весом (например, «недостаток веса» у космонавтов на МКС, тогда как на самом деле они просто «очень-очень быстро падают»). Вопрос касается массы, поэтому он не должен зависеть от гравитации.
Антигравитационная материя известна из книги Герберта Уэллса «Первые люди на Луне». Хотя обычно это считается научной фантастикой, а не магией: en.wikipedia.org/wiki/The_First_Men_in_the_Moon
Мой ход мыслей: в настоящее время известно, что две объединенные волны могут в конечном итоге иметь результирующую амплитуду волны ниже, чем исходные две волны (представьте, что волны одинаковой частоты с противоположной поляризацией). Вот почему я подумал, что в отношении массы, возможно, мы просто «еще не знаем» — это правильный ответ, потому что никто не сможет сказать: «Эй, подождите секунду, это невозможно, потому что X, Y и Z! "
Каворит @FaySuggers Wells был гравитационным изолятором. Гипотетически это может изменить гравитационную массу, но не инертную массу. Манипуляции массами — это не то же самое, что антигравитация.
@ a4android Вы совершенно правы, я должен был сказать «связанный».
Знаете ли вы, что массу можно превратить в энергию? Посмотрите на ядерное деление / синтез и более продвинутые вещи, посмотрите на аннигиляцию материи и антиматерии и слияние черных дыр.
@ user6760 Я знаю об антиматерии, а также о преобразовании массы в энергию. На самом деле, если нас вообще не волнует массивное тело, мы можем просто полностью уничтожить его путем слияния/аннигиляции, и это не входит в мои намерения (см. ограничение, которое я поставил в вопросе)
Разве это не основная идея серии Mass Effect? Есть волнообразный элемент, массу которого можно увеличить или уменьшить с помощью электрического тока, и они используют его для объяснения всего, от оружия до щитов и сверхсветовых путешествий.
Непонятно, о чем вы спрашиваете, потому что один из ответов принадлежит Джону. Никто больше не знает, о чем вы говорите. ;)
@Mazura То, что большинство не знает, о чем вопрос, не делает его неясным. Это скорее показатель их неосведомленности.

Ответы (4)

Откуда масса

Масса объекта складывается из масс его частиц. При наблюдении они образуют так называемую инерционную массу . Частицы являются возбуждениями квантового поля и включают в себя все: обычное представление о частицах, энергию ядерных сил, электромагнитную энергию между протонами и электронами и т. д.

Инерционная масса, в свою очередь, состоит из 2 частей: постоянной присущей массе покоя и инерционной добавки от движения, последнюю вы не можете изменить, так как она исходит из самых основных принципов движения в пространстве-времени, но она пропорциональна масса покоя. В быту с повседневными вещами это все равно очень мало, так что не будем об этом заботиться.

Считается, что масса покоя каждой частицы создается ее взаимодействием с бозонами Хиггса . В настоящее время не существует известного механизма, позволяющего разрушить его просто путем перестановки частиц, но это сложная тема, которая не исследована в полной мере, поэтому вне точных наук мы можем думать, что это возможно.

Сломай Хиггс и все готово

Массы покоя многих частиц складываются не точно, а в большую хаотическую систему из множества частиц нескольких типов, которые обычно можно игнорировать. Итак, если вам удастся ослабить действие механизма Хиггса на отдельные частицы, вот и все, общая масса тела должна уменьшиться.

Но будьте осторожны!

Крайне маловероятно, что массивный объект когда-либо станет безмассовым и останется чем-то иным, кроме всплеска гамма-излучения. Частицы с нулевой и ненулевой массой покоя относятся к совершенно разным сортам, и эта разница фундаментальна. Например, безмассовое может двигаться со скоростью света, а массивное — нет. Превращение одного в другое обычно разрушает любую структуру, которую они сформировали раньше.

UPD: Даже без обезмассивания есть беда. Все химические связи и взаимодействия в чем бы то ни было по существу электромагнитны. Если уменьшить массу, но оставить электричество прежним, оно начнет тянуть все сильнее. Вещи становятся плотнее. Химические связи становятся крепче, вещества меньше взаимодействуют. Сложная биохимия живых существ может разрушиться, поскольку она зависит от того, что части белков вращаются определенным образом и остаются такими в течение некоторого времени .

И это при условии, что все частицы теряют массу пропорционально. Но если, например, сделать атомные ядра в 200 раз легче, но оставить электроны прежними, они начнут вести себя как настоящие мюоны. А заменяя ими электроны, вы запускаете термоядерную реакцию !

Если унобтаний ОП либо уменьшил, либо частично нейтрализовал бозон Хиггса, возможно, из-за разъединения поля бозона Хиггса, тогда масса могла бы уменьшиться. Вопрос об их химических свойствах может оказаться сложным. Как будут вести себя химические вещества с меньшей массой? Плюс один для Хиггса.
@ a4android: на самом деле химия тоже затронута, спасибо, что заметили, обновил ответ.
Да, я знаю о «холодном синтезе», который возможен с мюонами вместо электронов. Интересная догадка, то есть то, что мы можем думать об изменении массы непропорционально. Но я предполагаю, конечно, что такая трансформация полностью и необратимо разрушила бы все дело, что, конечно, нежелательно.

У нас есть два закона физики, которые на данный момент запрещают происходить тому, что вы хотите:

  • сохранение энергии
  • Отношение Эйнштейна Е "=" м с 2

Единственными преобразованиями, которые изменяют массу, являются ядерные реакции, при которых масса превращается в энергию. Если вы исключаете разрушение массы, вы исключаете ядерные реакции, так что сохранение энергии фактически становится сохранением массы. Итак, масса не может быть создана или уничтожена.

Это неправда вообще. То, что вы говорите, это всего лишь приближение, используемое в химии. В общем, масса не сохраняется вообще. Если вы увидите движущийся объект и попытаетесь механически наблюдать его массу, она будет расти вместе со скоростью объекта, становясь все больше и больше по мере того, как скорость приближается к скорости света. Кстати, это напрямую связано с E=mc^2. А закон сохранения энергии применим только к замкнутой системе в целом. Просто заставьте энергию уйти в какое-то другое место, и ничто не помешает ей покинуть форму массы и принять какую-то другую форму в каком-то другом месте.
@avek: энергия такая же , как (инерционная) масса. Он не может принять другую форму, это то же самое.
@AlexP: Да, полная энергия отдельного тела практически равна его инерционной массе. Но отдельное тело обычно не является замкнутой системой, оно взаимодействует, так что энергия (и инерционная масса) не сохраняется . Он также включает в себя энергии в различных формах, такие как внутренняя энергия, энергия взаимодействия с другими телами и кинетическая энергия тела, которые обычно меняются. Например, если он нагревает воздух вокруг себя, он полностью теряет часть своей энергии (и массы!), которая переходит во внутреннюю энергию воздуха, которая в другом месте имеет другую форму. Почему вы говорите, что этого не может быть?
Итак, практически, если я хочу уменьшить массу, мне нужно позволить высвобождаться энергии? Из чего следует, что для значительных изменений массы (скажем, 50% исходной массы) потребуется выброс большого количества энергии, что с большой вероятностью просто уничтожит все это в процессе?
@AlmaDo Да, именно для значительных изменений это единственный способ. Для небольших изменений ответ Джона Ренни будет работать.
Как указали Авек и Джон Ренни, можно изменить массу, сохранив при этом общую Энергию. Это потому, что полное уравнение для отношения энергии к массе: E = mc^2 + pc (p = импульс).
@ Соан не совсем его E ^ 2 = p ^ 2c ^ 2 + m ^ 2c ^ 4
@джк. Да, но вы можете сократить это до того, что я написал. Когда из всего извлекаешь квадратный корень. Тогда вы заканчиваете uo с E = mc^2 + pc
@Soan sqrt(a+b) != sqrt(a) + sqrt(b), поэтому я не понимаю, как ты делаешь это упрощение
@джк. Я предполагаю, что у вас есть знания о том, как работать с уравнениями, поэтому вы знаете, что когда вы извлекаете квадратный корень из обеих частей уравнения, вы должны делать это отдельно для каждой части, которая соединена знаком плюс или минус, в то время как каждая часть, которая связано с чем-либо еще, получит один единственный квадратный корень, поэтому я прихожу к этому уравнению, и все мои книги по физике каким-то образом используют одно и то же.
@Соан: Ты ошибаешься. Никогда не делайте уравнения таким образом. 4=2+2, поэтому по вашему методу sqrt(4)=sqrt(2)+sqrt(2)=2*sqrt(2), но на самом деле это просто 2.
@jk: В вашем уравнении m - это масса покоя, а не инерционная масса. Конечно, вы можете манипулировать результатом, изменив p. Но я имею в виду, что если у вас есть 2 взаимодействующих тела тела, их полная энергия равна Et=(m1+m2)*c^2, а массы инерционны. И при взаимодействии m1 может уменьшаться, а m2 расти; энергия остается прежней. m1 - это то, что OP хочет облегчить. м2 находится где-то еще (сборщик барахла). А Unobtainium — это транспортная машина, которая переводит массу из m1 в m2.
@AlmaDo: да, вам нужно куда-то переместить энергию, которая создает массу. Но вам не обязательно хранить ее в виде массы покоя, ее можно превратить в кинетическую энергию. Или даже если все это пойдет куда-то просто как старая обычная масса покоя, она может быть равномерно распределена по всей Вселенной, добавляя ко всему смехотворно маленькую неизмеримую массу. Так что не волнуйтесь, это не большая проблема.

Это происходит обычно, но изменения в массе слишком малы, чтобы их можно было измерить, если только вы не смотрите на ядерные реакции, и даже в этом случае изменения составляют менее 1%.

Например, рассмотрите возможность объединения электрона и протона, чтобы получить атом водорода. Если вы начнете с электрона и протона далеко друг от друга, то их взаимное электростатическое притяжение заставит их ускоряться друг к другу. Беда в том, что когда они встретятся, они будут двигаться быстро — слишком быстро, чтобы образовать атом, — и просто снова разлетятся.

Чтобы сформировать атом, вы должны удалить их энергию движения, или, если быть точным, вы должны удалить энергию на 13,6 электрон-вольт. Но известное уравнение Эйнштейна E = mc² говорит нам, что удаление этой энергии равносильно удалению массы. И действительно, если вы очень тщательно измерите массу атома водорода, вы обнаружите, что она меньше, чем масса электрона плюс масса протона. Разница в том, что мы удалили 13,6 эВ энергии, деленные на .

Обычно верно, что любая связанная система имеет массу, меньшую, чем массы ее составляющих. Это называется дефицитом массы . Таким образом, когда вы смешиваете материалы X и Y, общая масса обычно меняется. Если теплота смешения равна H , то масса изменится на H/c² . Теплота смешения может быть отрицательной или положительной, поэтому масса может увеличиваться или уменьшаться.

Но я должен подчеркнуть, что эти изменения крошечные. Проблема в том, что вы можете уменьшить массу вашей смеси XY, только забрав из нее энергию, а небольшое изменение массы производит большое количество энергии. Это, конечно, источник энергии в ядерных бомбах, и любое значительное изменение массы вашей смеси XY вызовет такой же взрыв, как и ядерная бомба.

Нет никакого способа обойти это. Предполагая, что вы начинаете с определенного общего количества электронов, протонов и нейтронов и заканчиваете тем же самым общим количеством электронов, протонов и нейтронов, общая масса может быть изменена только (небольшими) изменениями их энергий связи.

Я получил твою отрицательную массу прямо здесь, в этом куске

Отрицательная материя

https://en.wikipedia.org/wiki/Отрицательная_масса

В теоретической физике отрицательная масса - это вещество, масса которого имеет противоположный знак по отношению к массе нормального вещества, например -1 кг. [1] [2] Такая материя нарушила бы одно или несколько энергетических условий и показала бы некоторые странные свойства, возникающие из-за двусмысленности относительно того, должно ли притяжение относиться к силе или к противоположно направленному ускорению для отрицательной массы.

Я вытащил его из своего диска Alcubierre, чтобы показать вам. Здесь, на Земле, за него можно уцепиться, потому что гравитация планеты перевешивает отталкивание негмассой, но весит он меньше всего того же объема, включая водород. Если вы хотите хорошо измельчить его и смешать с обычным веществом, это должно достичь вашей цели по уменьшению массы конечного гемиша.

Подробнее о странных свойствах (пока гипотетических, но теоретически возможных) отрицательной материи вы можете прочитать здесь: Движение отрицательной материи .

Интересный. Прочитав ссылки из той статьи, я обнаружил, что общая версия не Е "=" м с 2 ни Е "=" п с + м с 2 , скорее Е 2 "=" ( п с ) 2 + ( м с ) 2 . Эта общая версия допускает отрицательную массу, не требуя определения чего-то уродливого, например, воображаемой энергии. Конечно, мы еще не видели ничего с отрицательной массой, но удивительно, что уравнения этого не запрещают.
@CortAmmon: E=mc^2 технически всегда правильно, но использует специальное понятие инерционной массы, которое редко используется в физике. Правильная формула для обычной (покоящейся) массы, если Е 2 "=" ( м с 2 ) 2 + ( п с ) 2 , как размещено здесь: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/releng.html, например. Эти формулы лучше проверять, подставляя в них единицы.
@Willk: ОП специально заявил, что его Unobtainium состоит из известных частиц. Ни одна частица Стандартной модели не имеет отрицательной массы ни при каких известных обстоятельствах. Еще неизвестно, учитываются ли экситоны из эксперимента Рочестерского института оптики; это не настоящие частицы, они просто становились тяжелее в эксперименте. Хотя это круто, я не думаю, что отрицательная масса здесь подходит.
@avek - Я полагал, что теоретически могут существовать версии любых частиц материи из антивещества, поэтому слишком отрицательная материя будет отражать нормальные частицы положительной материи. Вы правы в том, что он более теоретический, чем другие ответы, опубликованные до сих пор, но также и тот, который на самом деле представляет собой куски материала с отрицательной массой.
Что ж, многие концепции в физике тогда были «теоретическими» и граничащими с «невероятными»… пока все это не было подтверждено, и эти странные догадки не стали повседневными знаниями. Это интересное понимание
@Willk: античастицы отражают только некоторые свойства, такие как электрический заряд, но масса такая же и положительная.