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負質量
來源:互聯網

負質量,是天文物理學的一個理論術語,是指一個物體的質量為負數。在理論物理學中,負物質是由負粒子組成的物質,其質量的正負值與正常物質相反,例如:?1 kg。負物質和負質量在某種意義上可以等同于負能量。這種存在會違反至少一個能量條件,并可能表現出一些奇特的物理特性,例如往施力方向的反方向加速。微波背景的觀測確定了宇宙曾經有過激烈的巨變式的起源,曾經以自然優美的形式吸引大家注意的穩恒態宇宙模型不能以自然的方式解釋這一觀測事實。于是大爆炸宇宙學說占了主導地位,基于大爆炸理論的宇宙模型很好地解釋了微波背景的起源并精確預言了輻射溫度值的大小。并經不斷完善,最終成為"標準模型"。在觀測數據很不充分的情況下,標準模型較為成功地以一致的方式描畫了宇宙圖景。同時標準模型也留下了一些難以解決的問題。加速膨脹的宇宙觀測結果就是其中之一。

起源

下面試著用負質量來理解宇宙的創生與演化。假定原初宇宙(物理宇宙)起源于量子漲落擾動產生的局部區域,當漲落產生局域質量為正時,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,這種爆炸主要源于負質量區域的力學不穩定性。這樣宇宙最初起源于負質量的真空區域,在大爆炸的同時,由于宇宙體積的增大,負質量的密度趨向于零,作為一種負反饋機制,必將有正質量產生,這樣,宇宙中的可見和不可見正質量物質來源于負質量宇宙膨脹過程中的負反饋。同樣,正質量產生后,由于膨脹的負反饋也會產生負質量,但只要宇宙還在加速膨脹,就意味質量態的負反饋機制起主導作用,這樣就會有正質量的連續創生。但這種創生的具體機制與過程現在還沒有一個可用的模型來描述。特別是現在的宇宙已經遠離了大爆炸的初態,這種物質創生是宇宙尺度的,在觀測范圍內將很難找到確切的證據。但是物質連續創造的假定在穩恒態宇宙模型中是必須的。保羅·狄拉克大數假說預言了物質連續創生過程。

原因

基于這一模型,正物質處于浸沒于負質量海中的狀態,為什么正負物質不會局部湮沒成零呢。這個問題可以這樣理解,事實上這種湮沒過程隨時存在,只是必須以宇宙尺度才能明顯觀察到,況且在正負質量互相轉化時由于處在非平衡的膨脹過程中,負質量轉化為正質量的負反饋占相對主導的地位。總之還能生活與思考而沒有溶解于真空或被不斷創生物質擠扁,得益于宇宙正處在相對穩定膨脹的時期。負物質的概念進一步擴展了對宇宙的理解,包括負物質宇宙、負物質世界、負物質時空、負物質空間、負物質時間以及負物質維度等概念。

特性與應用

負物質可能擁有一些奇特的特性,如往施力方向的反方向加速。例如,一個慣性質量為負、電荷為正的物體與帶電的普通物質相互作用,它會與帶正電的物體相吸,與帶負電的物質相斥,完全與普通物質間的“同性相斥,異性相吸”相反。這種反常的行為可產生一些不可思議的結果。廣義相對論所描述的引力牛頓運動定律同樣適用于具有正能量值或負能量值的粒子,也就是說亦適用于具有負質量的物質,但并不包括其他基本相互作用力。物理學家米給爾·阿庫別瑞就曾提出一個阿庫別瑞引擎(或稱曲速引擎),需要由負物質或負能量推動。負物質仍在搜索階段,但負能量的確是存在的。卡西米爾效應的實驗中,當兩塊金屬片距離遙遠時,能量為零。當它們彼此靠近,能從中吸取能量,其時金屬板的能量即為負值。

參考資料 >

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