什麼是負質量?奇特的負物質真的存在嗎?

2021-01-15 火星科普

在理論物理學中,負質量是一個質量與正常物質質量符號相反的物質。這樣的物質會違反一個或多個能量條件,並顯示一些奇怪的性質。它被用於某些推測的理論,比如蟲洞的構建上。最初已知的最接近這種物質的真實代表是卡西米爾效應產生的負壓力密度區域。

牛頓的運動定律f=ma,規定推動一個物體,它會在被推的方向上加速。我們日常世界看到的只是牛頓第二運動定律的正向方面。但是在質量是負的情況下,如果我們推這樣的物體,它會超向我們加速,就像它撞到一堵無形的牆一樣。就像電荷可以是正的,也可以是負的,物質也可以假設有正有負。

負質量概念的來源

宇宙學家已經研究了它對時空結構的影響,但他們通常得出的結論是,負物質不可能存在,因為它打破了愛因斯坦廣義相對論的基本假設。然而,加拿大大學的科學家發現了一種對廣義相對論的解決方案,它允許負質量存在且不破壞任何基本假設。他們認為,只要有一個合理的產生它的途徑,它就可以存在。他們的結論指出,如果正質量和負質量同時存在,它們會形成等離子體,這對天文學的未來具有重要的意義。

此前,物理學家Peter Angles和華盛頓州立大學的一個研究小組聲稱製造出了一種負質量的液體。與世界上我們所知的一切物理對象不同,它不會在被推的方向上加速,它會向後加速,也就是朝向施加力的相反方向。這種現象很少在實驗室條件下產生,它可以用來探索一些更具挑戰性的概念。

相關實驗和條件

研究表明,在特定的條件下,正常的粒子可以表現得像它們帶有負質量。2017年4月10日,研究小組通過將銣原子的溫度降低到剛接近絕對零度,創造了新的有效質量。它被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態,這個冷卻狀態的粒子移動非常慢。

此時,銣超流體有正常的質量,它遵循量子力學的原理,表現得像波。這種物質狀態被稱為「超流動性」,在這種狀態下,液體可以從罐子的側面緩慢上升到頂端。利用雷射阱,研究小組能夠逆轉這個狀態下的一些銣原子的自旋。然後他們觀察到原子一旦從光阱中釋放出來,就會擴展並顯示出負質量的特性,特別是朝向推進力加速而不是遠離它。

此前一些關於超材料的研究表明,一些未被發現的超導體合成物也可以顯示出負質量的跡象。

總的來說,理論上這聽起來很簡單,但設想這種表現在現實世界中是如何運作的就令人困惑。儘管現實世界為方便起認為所有的粒子都具有正質量,但是物理學家已經能夠將奇異物質的負質量和負動量、負壓力、負動能聯繫起來。

相關焦點

  • 宇宙是否存在負質量物質,它們會是暗物質和暗能量嗎?
    但你是否有想過我們肉眼看不到的是什麼?現在科學家認為,宇宙中所有可見物質其實只佔有整個宇宙的5%左右,而那95%無法探測的東西被稱為暗物質和暗能量。這個令人驚訝的事實徹底顛覆了「眼見為實」的日常概念。數十年間宇宙學家們一直致力於探測和理解暗物質和暗能量。最近,英國牛津大學的Jamie Farnes博士提出了一種新奇的猜想,也許所有的暗物質和暗能量其實是一種奇特的負質量物質表現形成的。
  • 反物質的質量是否負的嗎?
    反物質沒有負質量。在我們的宇宙中,沒有負質量這樣的東西。質量僅以正形式出現。相反,電荷可以是正或負。負質量的不存在具有深遠的影響。首先,引力總是有吸引力的,永遠不會排斥。據推測,如果存在負質量,它將被具有正質量的物體(例如地球或太陽)所排斥。
  • 反物質、暗物質、負物質,都是什麼鬼?
    emm,蟲洞嘛,要來個太陽質量的負物質,倒也能撐開一個一公裡大小的蟲洞了。好吧,這胡言亂語都是些啥啊?反物質?暗物質?負物質?都是些什麼鬼?為了跟人吹牛不被當小白,咱還是講講清楚,這些到底是什麼意思。那這個負數有物理意義嗎?於是他預言了一種帶正電的粒子,除了電性和正常電子相反,其他性質都一樣,包括質量也是正的。1932年,美國物理學家安德遜在觀察宇宙線實驗時,當宇宙射線進入雲室後,軌跡發生了彎曲,但是其中有一個粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣,但是方向卻相反。恰好驗證了狄拉克預言的正電子。後來他又用γ射線轟擊的方法產生了正電子,在實驗上完全驗證了正電子的存在。
  • 如果不存在暗物質和暗能量呢?英國科學家用「負質量」取而代之
    可這就完了嗎?遠遠沒有,現在物理學的烏雲甚至比一百多年還多。比如宇宙中的正反物質不對稱,廣義相對論與量子力學不兼容,星系的旋轉和宇宙加速膨脹問題等。其中星系旋轉引申出來暗物質,宇宙加速膨脹引申出了暗能量!在上個世紀後半葉,我們有了更先進的天文望遠鏡觀測星系的運動,觀測的精細化讓我們可以量化星系的物理量。
  • 反物質的應用難度極大,但在面對負質量時根本不值一提!
    今天讓我們具體聊聊,負質量目前僅存在概念中,因為物質是能量的體現形式,但物質並不能夠佔滿所有空間,那麼就應該有另一種東西佔用這空間,量子論認為是量子漲落佔用了空間,但無法解釋為何會有漲落。這漲落就是能量的突然出現又突然消失,看似不可思議。
  • 連接時空的蟲洞,是否真的存在?負質量、量子引力理論解開密碼
    迄今為止,蟲洞只存在於紙張或者屏幕,是我們對重力如何工作的現代理解。物質和能量扭曲了時空的結構,作為回應,時空的扭曲告訴物質如何運動。但問題又來了:解決方案需要一種負質量的材料。負質量和正常質量類似,只不過質量小於零。如果你在一個地方收集到足夠多的負質量,就能創造排斥效應以防止蟲洞關閉。 但是據我們所知,負質量的物質並不存在。我們沒有證據證明它,如果它真的存在,它將違反宇宙的許多定律,比如慣性和動量守恆。例如,如果你踢一個負質量的球,它會向後飛。
  • 「負質量」能否統一暗物質,暗能量?
    該理論已發表在該雜誌由英國牛津大學的傑米Farnes 天文學和天體物理學,如果正確就單槍匹馬解釋兩個宇宙的最神秘的現象:暗能量和暗物質。天文學家對宇宙的測量結果表明,諸如恆星和天然氣等可見物質僅佔宇宙的5%左右。例如,星系旋轉的方式顯示出重力效應,大約是我們所看到的物質的五倍:一個看不見的實體,被稱為暗物質。星系正以越來越快的速度相互遠離。
  • 即不是反物質也不是暗物質,科學家製造出五千克負質量物質
    2017年4月17日,華盛頓州立大學首次成功的證實了負質量的存在。什麼是負質量?這個發現從長期來看變化很大,這意味著在短期內翹曲場的產生是合理的。他可能會給我們提供重要的,對事物的洞察力,例如暗物質,但再說別的之前,我們先來解釋一下負質量的概念。負質量到底是什麼?
  • 曲率引擎打破光速極限,負質量物質注入蟲洞,漫步到宇宙盡頭!
    那麼有沒有一種物質可以延長蟲洞坍塌的時間?倘若這種物質存在,我們可以把它注入蟲洞裡面以保持蟲洞穩定張開。經過理論物理學家的研究,這種奇異物質是存在的,即負能量或者負質量的物質。「負質量物質」和「反物質」是兩個完全不同的概念,反物質粒子與其對應的正質量物質具有完全相同的質量,唯一不同點就是兩者所帶的電荷符號相反,兩者之間具有吸引力,一旦相遇就會發生湮滅,釋放巨大能量。而負質量物質就是指能產生負引力的物質,它和正質量物質之間存在的是互為排斥的力。
  • 負質量理論:暗物質、暗能量,能否得到統一
    英國牛津大學的傑米·法恩斯將這一理論發表在《天文學與天體物理學》雜誌上,如果該理論正確的話,就能夠單獨解釋宇宙中兩個最神秘的現象:暗能量和暗物質。天文學家對宇宙的測量表明,恆星和氣體等可見物質只佔宇宙的5%左右。例如,星系旋轉的運動方式顯示其引力作用是我們能看到的物質所產生的引力的五倍,這表示存在一種隱形實體即暗物質。而且星系之間的遠離速度在加快。
  • 聽說過「負質量」嗎?全球第一臺負質量粒子生成器已經上線了!
    導語:負質量?顧名思義,即物質質量為負數。作為天文物理學的一個術語,負質量曾被天文學家用來描述宇宙的創生和演化:正質量區域是力學穩定的,不會產生劇變式的爆炸。而當這種區域質量為負時大爆炸就會發生。這乍一聽似乎與我們相去甚遠,然而最近,物理學家們卻製造出了第一臺所謂的「好像能產生負質量粒子」的粒子發生器。
  • 科學家表示:沒有負質量也能穿越蟲洞
    但是,如果問題出在我們想像中的蟲洞還不夠怪異嗎? 一項新研究表明,穩定蟲洞的秘訣是使它們看起來很完美。通過對蟲孔進行整形,使其不是一個完美的球形,我們也許可以使該隧道保持足夠長的時間來穿過。唯一的收穫是,所說的蟲洞必須非常小。蟲洞(如果存在的話)將使您從A點到某些遙遠的B點,而不必為從A點到B點的所有艱苦旅行而煩惱。它們是捷徑。
  • 物理學家宣稱製造出具有負質量的流體
    但如果一個物體具有負質量,會發生什麼呢?熟悉牛頓的第二定律的讀者都知道,它可以用方程式 F = ma 表達,或者說力等於物體的質量乘以加速度。如果我們把它重新寫成加速度等於力除以物體的質量(a = F/m),並且使質量為負,那麼加速度就為負。沒錯,這就意味著當你推一個質量為-2kg的物體時,它不會往你推的方向加速,而是會向後加速。
  • 美科學家首次製得具有負質量的物質!助解決黑洞之謎,顛覆認知!
    近年來,科學家一直在積極研究與「負」相關的物質,此前已有理論研究提供證據顯示,在遵循廣義相對論的條件下,宇宙中是存在負質量的。許多科學家認為負質量與深層宇宙中科學尚無法解釋的怪異現象有關,如暗物質、黑洞和中子星…來自美國華盛頓州立大學的首席科學家聲明,其團隊已在實驗室成功製得了一種具有負質量的超高原子流體,研究論文已發表於著名期刊《Physical Review》什麼是負質量?這意味著,與人類所有已知的物理對象不同,當你推動這種流體時,它會向後運動而不是向前加速!
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    雖然很多科學家承認反重力的存在,但是它仍然是愛因斯坦在廣義相對論中的預言之一。1916年,愛因斯坦預言了引力波,不過,在此後的很長時間裡,愛因斯坦都懷疑引力波是否真的存在,一直到1959年,第一次通過實驗探測到了引力波的存在,才正式的成為科學上的巨大發現之一。反重力就與引力波有關。
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    原標題:美宣稱創造出負質量超流體   科技日報北京4月18日電 (記者聶翠蓉)17日出版的《物理評論快報》雜誌刊登了一項重要成果:美國華盛頓州立大學在實驗室成功製成一種具有負質量的超流體,當推動它時,它不會像普通物體那樣向前加速,而是向後運動。
  • 科學家造出「負質量」液體
    假設物質可以擁有負質量,就等同於電荷可負可正。人們很少想到這個概念,並且我們每天看到的大千世界只是艾薩克·牛頓的運動第二定律的正質量的概念(物體受到的外力等於物體質量乘以物體的加速度,F=ma)。換言之,如果你推一個物體,它會朝著你推的方向加速,質量在力的方向產生加速度。
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  • 顛覆物理學的「負質量」流體究竟是怎麼回事?| 勘誤正源
    儘管文中也較為詳細介紹「負質量」的實際指代,但是標題和前面介紹具有一定誤導,這次借原理公眾號和科研圈公眾號的內容正本清源,同時學習「有效質量」這一概念。由此類推,相信你也猜到了,「有效負質量」不是負質量,它僅僅是方便描述凝聚體行為的一個數學量。在這項工作中,研究人員製造出了一種凝聚體,它的行為就如同具有負有效質量一般。他們利用雷射將 10000 個銣原子捕獲在一個小區域中,並用另一束雷射將它們冷卻至接近絕對零度,形成所謂的玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)。凝聚體的有效質量和它的色散關係有關。