重磅研究！燒腦反直覺的量子真空，負能量，負質量，引力變斥力！

2020-10-18 博科園

能量是一個必須始終為正的量，至少這是直覺告訴我們的。如果每個單個粒子都從一定體積中移除，直到沒有剩下任何可能攜帶能量的物質，那麼就達到了極限是嗎？或者即使是從真空空間中也能提出取能量嗎？量子物理學一次又一次地證明它與我們的直覺相矛盾，在這種情況下也是如此。在某些條件下，負能量是允許存在的，至少在一定的空間和時間範圍內是允許的。

維也納科技大學、比利時布魯塞勒大學和印度理工學院坎普爾分校的一個國際研究小組現在已經研究了負能量的可能程度。事實證明，無論考慮哪種量子理論，無論假設宇宙中的對稱性如何，「借用」能量總是有一定的限制。能量可以小於零，但就像向銀行借錢一樣，這種能量最終必須「還清」。維也納科技大學理論物理研究所的Daniel Grumiller教授說：在廣義相對論中，通常假設能量在宇宙中的任何時候、任何地方都大於零。

這對引力有一個非常重要的結果：能量通過公式E=MC²與質量相關聯，因此，負能量也意味著負質量。正質量相互吸引，但質量為負時，引力可能突然變成一種斥力。然而，量子理論允許負能量存在，根據量子物理，在特定位置從真空中借用能量是可能的，就像從銀行借錢一樣。很長一段時間，科學現在不知道這種「能量信貸的最高金額以及必須支付的可能利率」。關於這種」利息「(在文獻中稱為」量子利益「)的各種假設已經發表，但還沒有達成全面的結果。

2017年證明所謂的「量子零能量條件」(QNEC)，通過將相對論和量子物理聯繫起來，為能量的「借用」規定了一定限制：因此允許小於零的能量，但只能在一定範圍內，並且只在一定時間內。能有多少能量在能量信用極限耗盡之前，從真空中借來的依賴於一個量子物理量，即所謂的糾纏熵。在某種意義上，糾纏熵是衡量一個系統行為受量子物理控制的程度，如果量子糾纏在空間的某個點起到關鍵作用。例如接近黑洞邊緣，那麼在一段時間內可能會出現負能量流動，並且該區域中的負能量成為可能。

Grumiller現在能夠和Max Riegler和Pulastya Parekh一起推廣這些特殊計算。Max Riegler在維也納科技大學的Daniel Grumiller研究小組完成了論文，現在哈佛擔任博士後。來自坎普爾(印度)IIT的Pulastya Parekh是Erwin Schrödinger研究所和TU Wien的客人。Grumiller表示：之前所有考慮都是指遵循狹義相對論對稱性的量子理論。但現在已經能夠證明，負能量和量子糾纏之間這種聯繫是一種更普遍的現象。

不意味著違反能量守恆定律

明確禁止從真空中提取無限能量的能量條件，對於非常不同的量子理論是有效的，無論對稱性如何。能量守恆定律是不能被智取的，當然，這與神秘的「超越統一機器」無關，據說它們無中生有地產生能量，因為它們在神秘的圈子裡反覆出現。

自然界允許能量在某一特定時間段內小於零的事實並不意味著違反了能量守恆定律，為了在某個位置啟用負能量流，必須在緊鄰的位置有補償性的正能量流。即使事情比以前想像的要複雜一些，能量也不能從無中獲得，即使它可以變成負能量。新研究結果現在對負能量設置了嚴格的界限，從而將其與量子力學的典型屬性聯繫起來。

博科園｜研究/來自：維也納科技大學

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.121602

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    也不一定，因為物理學家們發現，要維持一個蟲洞穩定，在這個蟲洞的中央就必須要有足夠的負能量物質（質量是負的，不是反物質，也不是暗物質）。負質量的物體有多奇怪呢？如果你開著一輛負質量的車，你會發現你越踩剎車，它反而跑得越快，這是因為負質量的物體總是會獲得與受力反方向的加速度（a=F/-m）。你把它往東推，它反而往西運動。如果一個負質量的物體出現在地球上會發生什麼？