佐治亚理工学院研究人员的新发现违反了标准的物理定律

2022年08月11日 09:08 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

当人类、动物和机器在世界各地移动时,它们总是会遵循动量守恒定律。然而,来自佐治亚理工学院的科学家们现在已经证明了相反的情况--当物体存在于弯曲的空间中时,事实证明,它们实际上可以在不遵守该定律的情况下移动。

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这些发现于7月28日发表在《美国国家科学院院刊》上。在这篇论文中,一个科学家团队创造了一个被限制在球形表面的机器人,它与环境的隔离程度是前所未有的,因此这些曲率引起的影响将占主导地位。研究人员由佐治亚理工学院物理学院的副教授Zeb Rocklin领导。

“我们让我们的形状变化物体在最简单的弯曲空间,即球体上移动,以系统地研究弯曲空间的运动,”Rocklin说。“我们了解到,预测的效果确实发生了,它是如此的反直觉,以至于被一些物理学家所否定:当机器人改变其形状时,它以一种不能归因于环境相互作用的方式围绕球体向前移动。”

创造一个弯曲的路径

科学家们开始研究一个物体如何在一个弯曲的空间内移动。他们需要将物体限制在球体上,使其与弯曲空间中的环境产生最小的互动或动量交换。为了做到这一点,他们让一组电机作为运动质量在弯曲的轨道上驱动。然后,他们将这个系统整体连接到一个旋转轴上,使电机始终在球体上运动。为了尽量减少摩擦,轴由空气轴承和衬套支撑。为了最大限度地减少重力的残余力量,轴的排列被调整为与地球的重力一致。

从那时起,当机器人继续移动时,重力和摩擦力对它施加了轻微的力。这些力与曲率效应混合在一起,产生了一种奇怪的动态,其特性是两者都无法单独引起的。这项研究提供了一个重要的示范,说明弯曲的空间是如何实现的,以及它如何从根本上挑战为平面空间设计的物理规律和直觉。Rocklin希望所开发的实验技术将使其他研究人员能够探索这些弯曲的空间。

在空间和其他方面的应用

虽然影响很小,但随着机器人技术变得越来越精确,了解这种曲率引起的影响可能具有实际意义,就像重力引起的轻微频率偏移对GPS系统向轨道卫星准确传达其位置变得至关重要。最终,如何利用空间的曲率进行运动的原理可能会让航天器在黑洞周围的高度弯曲的空间中航行。

“这项研究也与‘Impossible Engine’研究有关,”Rocklin说。“它的创造者声称,它可以在没有任何推进剂的情况下向前移动。那个引擎确实是不可能的,但是由于时空非常轻微的弯曲,一个设备实际上可以在没有任何外力或发射推进剂的情况下向前移动--这是一个新发现。”

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