Oktober 2, 2022

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Roboter zeigt, dass es möglich ist, durch die Leere eines gekrümmten Universums zu schwimmen: ScienceAlert

Roboter zeigt, dass es möglich ist, durch die Leere eines gekrümmten Universums zu schwimmen: ScienceAlert

Wenn die Astronauten plötzlich in die interstellare Leere abdriften, müssten sie ihre Körper in Sicherheit bringen, mit den Beinen strampeln und in Richtung eines Hafens in der Leere wedeln.

Unglücklicherweise verzeiht ihnen die Physik nicht und lässt sie für immer ohne Hoffnung schweben. Wenn das Universum nur ausreichend gekrümmt wäre, wäre ihre Niederlage vielleicht nicht nutzlos.

Jahrhunderte bevor wir aufbrachen, um die Erde zu ziehen, erklärte Isaac Newton kurz und bündig, warum sich Dinge bewegen. Ob es darum geht, das Gas auszustoßen, es auf festen Boden zu drücken oder die Flosse gegen die Flüssigkeit zu schlagen, der Schwung der Aktion wird durch die Summe der beteiligten Elemente aufrechterhalten und erzeugt eine Reaktion, die den Körper vorwärts treibt.

Entfernen Sie die Luft um die Flügel des Vogels oder das Wasser um den Schwanz des Fisches, und die Kraft jedes Flügelschlags wird in eine Richtung wie in die andere drücken, wodurch das arme Tier schwach flattert, ohne dass sich das Netz in Richtung seines Ziels bewegt.

Im frühen einundzwanzigsten Jahrhundert, Denken Sie an die Physiker Schlupfloch für diese Regel. Wenn der dreidimensionale Raum, in dem diese Bewegung stattfindet, krummlinig ist, folgen Änderungen in der Form oder Position des Objekts nicht unbedingt den üblichen Regeln für den Impulsaustausch, was bedeutet, dass kein Motiv erforderlich ist.

Die gekrümmte Geometrie der Raumzeit selbst könnte eine Verzerrung eines Objekts bedeuten – Tritt nach rechts, Flattern oder Flattern – vielleicht sehen Sie doch nur eine subtile Änderung seiner Position.

Andererseits ist die Idee, dass die Krümmung der Raumzeit die Bewegung beeinflusst, so einfach wie das Zusehen, wie ein Stein zu Boden fällt. Einstein hat dies vor über einem Jahrhundert in seinem Buch behandelt Allgemeine Relativitätstheorie.

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Aber zu zeigen, wie die sanften Hügel und Täler des deformierten Weltraums die Fähigkeit des Körpers zum Selbstantrieb beeinflussen können, ist eine ganz andere Sache.

Um dies in Aktion zu bemerken, ohne zum nächsten Space Warp zu reisen Schwarzes LochEin Team von Forschern des Georgia Institute of Technology, der Cornell University, der University of Michigan und der University of Notre Dame baute im Labor ein gekrümmtes Raummodell.

Ihre mechanische Version des kugelförmigen Raums besteht aus einer Reihe motorgetriebener Blöcke, die entlang einer gewölbten Kreuzung von Gleisen laufen. An einem rotierenden Arm befestigt, ist der gesamte Aufbau so positioniert, dass die Schwerkraft und der Reibungswiderstand minimal sind.

Ein „Weltraum“-Schwimmer, der sich auf der Flugbahn eines rotierenden Armarms bewegt. (Georgia Tech)

Während die Massen nicht mit der Physik brachen, die unser etwas flaches Universum beherrschte, war das System ausbalanciert, sodass Biegungen in den Pfaden die gleiche Wirkung hatten wie dramatisch gekrümmter Raum. So hatte es das Team jedenfalls erwartet.

Während sich der Roboter bewegte, wurde die Kombination aus Schwerkraft, Reibung und Biegung zu einer Bewegung mit einzigartigen Eigenschaften kombiniert, die am besten durch die Geometrie des Raums erklärt werden konnten.

„Wir lassen unser formwandelndes Objekt im einfachsten gekrümmten Raum, der Kugel, sich bewegen, um die Bewegung im gekrümmten Raum systematisch zu untersuchen.“ sagen Der Physiker Zip Rocklin von der Georgia Tech.

„Wir haben festgestellt, dass der erwartete Effekt, der so kontraintuitiv war, dass er von einigen Physikern abgelehnt wurde, tatsächlich eingetreten ist: Als der Roboter seine Form änderte, bewegte er sich auf eine Weise um die Kugel herum, die nicht auf Umweltinteraktionen zurückzuführen ist.“

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Obwohl der Effekt gering ist, könnte die Verwendung dieser experimentellen Ergebnisse im Einklang mit der Theorie dazu beitragen, die Technologie besser in Bereichen zu positionieren, in denen die Krümmung des Universums signifikant wird. Selbst bei sanften Regressionen wie der Schwerkraft der Erde könnte es immer wichtiger werden, zu verstehen, wie begrenzte Bewegungen ultrafeine Orte langfristig verändern können.

Natürlich gingen die Physiker den Zero-Fuel-Weg.“Unmögliche Motoren‚ Vor. Kleine hypothetische Kräfte in Experimenten haben eine Art des Kommens und Gehens, was der Debatte über die Gültigkeit der dahinter stehenden Theorien kein Ende bereitet.

Weitere Studien mit präziseren Maschinen könnten mehr Einblicke in die komplexen Auswirkungen des Schwimmens über die scharfen Kanten des Universums geben.

Im Moment können wir nur hoffen, dass das sanfte Gefälle der Leere, die den armen Astronauten umgibt, ausreicht, um zu sehen, wie er einen sicheren Hafen erreicht, bevor der Sauerstoff ausgeht.

Diese Studie wurde veröffentlicht in PNAS.