Eine Massenmanipulationstechnologie – möglich?

Idee

Ich interessiere mich für die Erforschung des folgenden Konzepts: Menschen haben eine bestimmte Art von Materie entdeckt, nennen wir sie "Unobtanium" (wie es immer geht).

Unobtanium hat tatsächlich eine Masse und besteht aus den bekannten (bis heute) Elementarteilchen - wenn auch vielleicht in einigen besonderen Bedingungen oder Kombinationen.

Was ist eine besondere Eigenschaft, die ich "möglich" machen möchte: Wenn wir X Kilogramm Unobtanium zu Y Kilogramm normaler Materie hinzufügen, ist die resultierende Substanzmasse tatsächlich kleiner als X + Y. Ich beziehe mich auch nicht auf das Gewicht , ich Ich frage ausdrücklich nach der Masse .

Meine Frage: Gibt es heute bekannte Gesetze der Physik, die es absolut unmöglich machen, es sei denn "Magie" ? Zur Verdeutlichung: Die Antwort „nein, wir wissen bisher nicht, ob Massenmanipulation unmöglich ist“ ist berechtigt.

Regeln

Ich bin auch nicht daran interessiert, die Materie zu zerstören, von der wir bereits etwas über Antimaterie wissen. Die Auswirkung auf die Materie, der Unobtanium zugesetzt wurde, sollte so gering wie möglich sein.

Bonus: Wenn es möglich ist zu erklären, dass das Hinzufügen von Unobtanium zur regulären Materie die resultierende Masse (fast) vollständig zunichte machen würde, ohne die chemischen Eigenschaften der Substanz (signifikant) zu verändern.

Hinter den Kulissen

Was ich damit erreichen möchte, ist die Trägheitsreduzierung. Sagen wir, wenn wir sehr schnell auf 99,999 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen möchten, vorausgesetzt, wir haben die Technologie, um uns so schnell anzutreiben. Oder in der Lage zu sein, bei Hochgeschwindigkeitsfahrten "sehr schnelle Kurven" zu fahren - normalerweise wäre dies aufgrund der Massenträgheit nicht möglich, die nicht nur einen nahezu sofortigen Richtungswechsel verhindern, sondern auch alles Lebende durch das Auftreten wahnsinniger G-Kräfte töten würde aus gegebenem Anlass.

Das ist auch der Grund, warum ich Masse und nicht Gewicht anstrebe.

EDIT: Ich bin mir nicht sicher, warum es "unklar ist, was ich frage" - vor allem angesichts der Tatsache, dass es bereits 3 sehr gute Antworten gibt, die genau auf das abzielen, was ich gefragt habe :)

Es gibt einen sehr wichtigen Unterschied zwischen "Masse" und "Gewicht" eines Objekts. Wenn ich 1 kg Stahl und eine Waage zum Mond schicke und den Stahl auf die Waage lege, zeigt sie aufgrund der geringeren Schwerkraft weniger als 1 kg an. Das Gewicht des Stahls nimmt ab, aber die Masse bleibt gleich. Sehen Sie sich diese verwandte Frage an . Verringert Ihr Unobtanium das Gewicht der Materie (trotz der Schwerkraft) oder der Masse (trotz der Physik)?
Ja, ich bin mir des Unterschieds zwischen Masse, Gewicht und sogar scheinbarem Gewicht bewusst (wie das "Mangel an Gewicht" für die Astronauten auf der ISS, während sie tatsächlich nur "sehr, sehr schnell fallen"). Die Frage betrifft die Masse, sollte also nicht von der Schwerkraft abhängig sein
Anti-Schwerkraft-Materie ist aus HG Wells' The First Men in the Moon bekannt. Obwohl es im Allgemeinen eher als Science-Fiction denn als Magie betrachtet wird: en.wikipedia.org/wiki/The_First_Men_in_the_Moon
Meine Denkweise: Es ist derzeit bekannt, dass zwei kombinierte Wellen dazu führen können, dass die resultierende Wellengröße niedriger ist als die anfänglichen zwei Wellen (stellen Sie sich Wellen mit gleicher Frequenz mit entgegengesetzter Polarisation vor). Deshalb dachte ich, dass wir in Bezug auf die Masse vielleicht nur "weiß es noch nicht" - was eine gültige Antwort ist, weil niemand sagen kann: "Hey, warte eine Sekunde, es ist nicht möglich, weil X, Y und Z! "
Cavorite von @FaySuggers Wells war ein Schwerkraftisolator. Dies könnte hypothetisch die Gravitationsmasse ändern, aber nicht die Trägheitsmasse. Massenmanipulation ist nicht dasselbe wie Antigravitation.
@a4android Du hast recht, ich hätte "verwandte" angeben sollen.
Wussten Sie, dass sich Masse in Energie umwandeln lässt? Siehe Kernspaltung / Kernfusion und fortgeschrittenere Stoffe siehe Materie-Antimaterie-Vernichtung und Verschmelzung von Schwarzen Löchern.
@ user6760 Ich kenne Antimaterie sowie die Umwandlung von Masse in Energie. Wenn uns der massive Körper überhaupt egal ist, können wir ihn einfach durch Fusion / Vernichtung vollständig zerstören, und es ist nicht meine Absicht (siehe die Einschränkung, die ich in die Frage gestellt habe).
Ist das nicht im Grunde die gesamte Prämisse der Mass Effect-Serie? Es gibt ein handgewelltes Element, dessen Masse durch elektrischen Strom erhöht oder verringert werden kann, und sie verwenden das, um alles zu erklären, von Waffen über Schilde bis hin zu FTL-Reisen.
Es ist unklar, was Sie fragen, da eine der Antworten von John stammt. Niemand sonst weiß, wovon Sie sprechen. ;)
@Mazura Nur weil die Mehrheit nicht weiß, worum es in der Frage geht, ist sie nicht unklar. Das ist eher ein Maß für ihren Mangel an Wissen.

Antworten (4)

Woher die Masse kommt

Die Masse eines Körpers setzt sich aus der Masse seiner Teilchen zusammen. Diese bilden bei Betrachtung die sogenannte Trägheitsmasse . Die Teilchen sind Quantenfeldanregungen und umfassen alles: die übliche Vorstellung von Teilchen, Kernkraftenergie, elektromagnetische Energie zwischen Protonen und Elektronen usw.

Die Trägheitsmasse wiederum besteht aus 2 Teilen: einer konstanten inhärenten Ruhemasse und einer Trägheitsaddition aus Bewegung, letztere kann man nicht ändern, da sie von den Grundprinzipien der Bewegung in der Raumzeit herrührt, aber sie ist proportional zu der Menge, die übrig bleibt. Im Alltag mit alltäglichen Dingen ist es sowieso sehr klein, also kümmern wir uns nicht darum.

Es wird angenommen, dass die Ruhemasse jedes Teilchens durch seine Wechselwirkung mit den Higgs-Bosonen erzeugt wird . Es gibt derzeit keinen bekannten Mechanismus, um es einfach durch Neuanordnung von Partikeln zu brechen, aber es ist ein komplexes Thema, das noch nicht vollständig erforscht ist, sodass wir außerhalb der harten Wissenschaft denken könnten, dass es möglich ist.

Higgs brechen und fertig

Die Ruhemassen vieler Teilchen summieren sich nicht genau, aber in einem großen chaotischen System aus vielen Teilchen weniger Typen, die normalerweise ignoriert werden können. Wenn es Ihnen also gelingt, die Wirkung des Higgs-Mechanismus auf einzelne Teilchen abzuschwächen, sollten Sie die Gesamtmasse des Körpers verringern.

Aber Vorsicht!

Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass ein massives Ding jemals masselos wird und etwas anderes als ein Ausbruch von Gammastrahlung bleibt. Die Teilchen mit Ruhemasse Null und Nicht-Null sind von völlig unterschiedlicher Art, und dieser Unterschied ist grundlegend. Zum Beispiel kann sich das Masselose mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, aber das Massive nicht. Wenn sie sich ineinander verwandeln, wird normalerweise jede Struktur zerstört, die sie zuvor gebildet haben.

UPD: Auch ohne masselos zu werden, gibt es Ärger. Alle chemischen Bindungen und Wechselwirkungen in irgendetwas sind im Wesentlichen elektromagnetisch. Wenn Sie die Masse verringern, aber den Strom gleich lassen, fängt er an, alles stärker zu ziehen. Die Dinge werden dichter. Die chemischen Bindungen werden stärker, die Substanzen interagieren weniger. Die komplexe Biochemie der Lebewesen kann zusammenbrechen, da sie davon abhängt, dass Teile von Proteinen sich auf bestimmte Weise drehen und so für einige Zeit bleiben .

Und das setzt voraus, dass alle Teilchen proportional an Masse verlieren. Aber wenn man zum Beispiel Atomkerne 200-mal leichter macht, aber Elektronen gleich lässt, fangen sie an, sich wie echte Myonen zu verhalten. Und indem Sie Elektronen durch diese ersetzen, starten Sie eine thermonukleare Reaktion !

Wenn das Unobtainium des OP das Higgs entweder reduziert oder teilweise neutralisiert, möglicherweise eine Entkopplung des Higgs-Felds, dann könnte die Masse reduziert werden. Die Frage nach ihren chemischen Eigenschaften könnte knifflig sein. Wie würden sich Chemikalien mit geringerer Masse verhalten? Plus eins für Higgs.
@a4android: Tatsächlich ist auch die Chemie betroffen, danke für den Hinweis, aktualisierte die Antwort.
Ja, mir ist die "kalte Fusion" bekannt, die mit Myonen anstelle von Elektronen möglich ist. Interessante Erkenntnis - das heißt - dass wir uns vorstellen können, die Masse überproportional zu verändern. Aber ich vermute natürlich, dass eine solche Transformation das Ganze endgültig und unwiderruflich zerstören würde, was natürlich unerwünscht ist.

Wir haben zwei physikalische Gesetze, die im Moment verbieten, was Sie wollen:

  • Erhaltung der Energie
  • Einstein-Beziehung E = M C 2

Die einzigen Umwandlungen, die die beteiligte Masse verändern, sind Kernreaktionen, bei denen Masse in Energie umgewandelt wird. Wenn Sie die Zerstörung von Masse ausschließen, schließen Sie Kernreaktionen aus, sodass die Energieerhaltung tatsächlich zur Massenerhaltung wird. Masse kann also weder geschaffen noch vernichtet werden.

Es stimmt nicht im Allgemeinen. Was Sie sagen, ist nur eine Annäherung, die in der Chemie verwendet wird. Im Allgemeinen bleibt die Masse überhaupt nicht erhalten. Wenn Sie sehen, wie sich ein Objekt bewegt, und versuchen, seine Masse mechanisch zu beobachten, wächst es mit der Geschwindigkeit des Objekts und wird größer und größer, wenn sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert. Das steht übrigens in direktem Zusammenhang mit E=mc^2. Und die Energieerhaltung gilt nur für ein geschlossenes Gesamtsystem. Lass die Energie einfach an einen anderen Ort gehen, und nichts hindert sie daran, die Form der Masse zu verlassen und an einem anderen Ort eine andere Form anzunehmen.
@avek: Energie ist dasselbe wie (träge) Masse. Es kann keine andere Form annehmen, es ist dasselbe.
@AlexP: Die volle Energie eines einzelnen Körpers entspricht im Wesentlichen seiner trägen Masse, ja. Aber ein einzelner Körper ist normalerweise kein geschlossenes System, er interagiert, sodass Energie (und Trägheitsmasse) nicht erhalten bleiben . Es beinhaltet auch Energien in verschiedenen Formen, wie die innere Energie, die Energiewechselwirkung mit anderen Körpern und die kinetische Energie des Körpers, die sich normalerweise alle ändern. Wenn es zum Beispiel die Luft um sich herum erwärmt, verliert es etwas von seiner Energie (und Masse!) vollständig, das geht in die innere Energie der Luft über, die an anderer Stelle eine andere Form hat. Warum sagst du, dass es nicht passieren kann?
Wenn ich Masse reduzieren möchte, muss ich also praktisch zulassen, dass die Energie freigesetzt wird? Was bedeuten würde, dass für signifikante Massenänderungen (z. B. 50% der ursprünglichen Masse) große Energiemengen freigesetzt werden müssten, was es sehr wahrscheinlich macht, dass das Ganze dabei einfach zerstört wird?
@AlmaDo Ja genau das ist bei wesentlichen Änderungen der einzige Weg. Bei kleinen Änderungen funktioniert die Antwort von John Rennie.
Wie avek und John Rennie darauf hingewiesen haben, ist es möglich, die Masse zu ändern, während die Gesamtenergie gleich bleibt. Dies liegt daran, dass die vollständige Gleichung für das Verhältnis von Energie zu Masse lautet: E = mc^2 + pc (p = Impuls).
@Soan nicht ganz E^2 = p^2c^2 + m^2c^4
@jk. Ja, aber Sie können es zu dem verkürzen, was ich geschrieben habe. Wenn man aus allem die Quadratwurzel zieht. Dann endet uo mit E = mc^2 + pc
@Soan sqrt(a+b) != sqrt(a) + sqrt(b) also verstehe ich nicht, wie du diese Vereinfachung machst
@jk. Ich nehme an, Sie haben das Wissen, wie man mit Gleichungen arbeitet, also wissen Sie, dass Sie, wenn Sie die Quadratwurzel auf beiden Seiten der Gleichung ziehen, dies für jeden Teil, der über ein Plus- oder Minuszeichen verbunden ist, separat tun müssen, während jeder Teil dies tut durch alles andere verbunden ist, wird eine einzelne Quadratwurzel bekommen, weshalb ich zu dieser Gleichung komme und alle meine Physikbücher irgendwie dieselbe verwenden.
@Soan: Du liegst falsch. Führe niemals Gleichungen auf diese Weise durch. 4=2+2, also nach Ihrer Methode sqrt(4)=sqrt(2)+sqrt(2)=2*sqrt(2), aber es ist wirklich nur 2.
@jk: In deiner Gleichung ist m die Ruhemasse, nicht die Trägheitsmasse. Sicherlich können Sie das Ergebnis manipulieren, indem Sie p ändern. Aber ich meine, wenn Sie zwei interagierende Körper haben, ist ihre Gesamtenergie Et = (m1 + m2) * c ^ 2, Massen sind träge. Und durch Wechselwirkung kann m1 schrumpfen, während m2 wächst; die Energie bleibt gleich. m1 ist das, was OP aufhellen möchte. m2 ist woanders (Müllmassensammler). Und Unobtainium ist die Transfermaschine, die den Massenfluss von m1 nach m2 bewirkt.
@AlmaDo: Ja, du musst die Energie, die Masse macht, irgendwohin bewegen. Aber Sie müssen es nicht in Form der Ruhemasse halten, es kann in kinetische Energie umgewandelt werden. Oder selbst wenn alles nur als einfache alte Ruhemasse irgendwo hingeht, könnte es gleichmäßig über das gesamte Universum verteilt sein und allem eine lächerlich kleine, nicht messbare Masse hinzufügen. Also keine Sorge, es ist kein großes Problem.

Dies geschieht routinemäßig, aber die Änderungen der Masse sind zu klein, um sie zu messen, es sei denn, Sie betrachten Kernreaktionen, und selbst dann bewegen sich die Änderungen auf einer Skala von weniger als 1%.

Betrachten Sie zum Beispiel die Kombination eines Elektrons und eines Protons, um ein Wasserstoffatom zu bilden. Wenn Sie mit weit voneinander entfernten Elektronen und Protonen beginnen, werden sie durch ihre gegenseitige elektrostatische Anziehung aufeinander zu beschleunigt. Das Problem ist, dass sie, wenn sie sich treffen, schnell reisen – zu schnell, um ein Atom zu bilden – und einfach wieder auseinander fliegen.

Um ein Atom zu bilden, muss man ihm seine Bewegungsenergie entziehen, oder um genau zu sein, man muss Energie im Wert von 13,6 Elektronenvolt entziehen. Aber Einsteins berühmte Gleichung E = mc² sagt uns, dass das Entfernen dieser Energie dasselbe ist wie das Entfernen von Masse. Und tatsächlich, wenn man die Masse eines Wasserstoffatoms sehr genau misst, stellt man fest, dass sie kleiner ist als die Masse des Elektrons plus die Masse eines Protons. Der Unterschied besteht darin, dass wir 13,6 eV Energie geteilt durch c² entfernt haben .

Es ist im Allgemeinen wahr, dass jedes gebundene System eine Masse hat, die kleiner ist als die Masse seiner Bestandteile. Dies wird als Massendefizit bezeichnet . Wenn Sie also Ihre Materialien X und Y mischen, ändert sich im Allgemeinen die Gesamtmasse. Wenn die Mischungswärme H ist, dann ändert sich die Masse um H/c² . Mischwärmen können negativ oder positiv sein, sodass die Masse zunehmen oder abnehmen kann.

Aber ich muss betonen, dass diese Änderungen winzig sind. Das Problem ist, dass Sie die Masse Ihrer XY-Mischung nur reduzieren können, indem Sie ihr Energie entziehen, und eine kleine Massenänderung eine große Energiemenge erzeugt. Dies ist natürlich die Energiequelle in Atombomben, und jede signifikante Änderung der Masse Ihrer XY-Mischung würde die gleiche Art von Knall erzeugen wie eine Atombombe.

Daran führt kein Weg vorbei. Angenommen, Sie beginnen mit einer bestimmten Gesamtzahl von Elektronen, Protonen und Neutronen und enden mit der gleichen Gesamtzahl von Elektronen, Protonen und Neutronen, kann die Gesamtmasse nur durch die (kleinen) Änderungen ihrer Bindungsenergien geändert werden.

Ich habe Ihre negative Masse genau hier, in diesem Stück

Negative Materie

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

In der theoretischen Physik ist negative Masse Materie, deren Masse ein entgegengesetztes Vorzeichen zur Masse normaler Materie hat, zB −1 kg.[1][2] Solche Materie würde eine oder mehrere Energiebedingungen verletzen und einige seltsame Eigenschaften zeigen, die sich aus der Unklarheit ergeben, ob sich Anziehung auf Kraft oder die entgegengesetzt gerichtete Beschleunigung auf negative Masse beziehen sollte.

Ich habe es aus meiner Alcubierre-Festplatte geholt, um es Ihnen zu zeigen. Hier auf der Erde können Sie sich daran festhalten, weil die Schwerkraft des Planeten die Abstoßung durch die Negativmasse überwiegt, aber es wiegt weniger als alles andere mit dem gleichen Volumen, einschließlich Wasserstoff. Wenn Sie es fein mahlen und mit normaler Materie mischen möchten, sollte das Ihr Ziel erreichen, die Masse des endgültigen Gemischs zu reduzieren.

Sie können hier mehr über die seltsamen Eigenschaften von (noch hypothetischer, aber theoretisch möglicher) negativer Materie lesen: Antrieb negativer Materie .

Interessant. Beim Lesen der Links aus diesem Artikel fand ich heraus, dass die allgemeine Version dies nicht ist E = M C 2 noch E = P C + M C 2 , sondern eher E 2 = ( P C ) 2 + ( M C ) 2 . Diese allgemeine Version lässt negative Masse zu, ohne etwas Hässliches wie imaginäre Energie definieren zu müssen. Natürlich haben wir noch nichts mit negativer Masse gesehen, aber es ist faszinierend, dass die Gleichungen es nicht verbieten.
@CortAmmon: E = mc ^ 2 ist technisch immer korrekt, verwendet jedoch einen speziellen Begriff der Trägheitsmasse, der in der Physik selten verwendet wird. Die richtige Formel für die übliche (Ruhe-)Masse wenn E 2 = ( M C 2 ) 2 + ( P C ) 2 , wie zum Beispiel hier gepostet: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/releng.html. Es ist besser, diese Formeln zu überprüfen, indem Sie Einheiten in sie einfügen.
@Willk: Das OP hat ausdrücklich angegeben, dass sein Unobtainium aus bekannten Partikeln besteht. Kein Teilchen des Standardmodells hat unter irgendwelchen bekannten Umständen eine negative Masse. Es bleibt abzuwarten, ob Exzitonen aus dem Experiment des Rochester's Institute of Optics zählen; das sind keine echten Teilchen, die wurden im Experiment nur schwerer. Obwohl cool, denke ich nicht, dass negative Masse hier passt.
@avek - Ich dachte mir, genauso wie Antimaterie-Versionen aller Materieteilchen theoretisch existieren können, würde auch negative Materie die normalen positiven Materieteilchen widerspiegeln. Sie haben Recht, dass es theoretischer ist als andere bisher gepostete Antworten, aber auch diejenige, bei der es sich tatsächlich um Klumpen mit negativer Masse handelt.
Nun, viele Konzepte in der Physik waren damals "theoretisch" und grenzwertig "unglaublich" ... bis alles bestätigt wurde und diese seltsamen Vermutungen zum Alltagswissen wurden. Das ist eine interessante Erkenntnis
@Willk: Antiteilchen spiegeln nur einige Eigenschaften wie elektrische Ladung wider, aber die Masse ist gleich und positiv.
Eine Massenmanipulationstechnologie – möglich?
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