宇宙中存在負質量的物質嗎?如果存在,那是一種什麼樣的存在?
02-19
如果存在,那是一種什麼樣的存在?
可能存在。從理論上構築負質量的玻色子可以不與現在的理論相抵觸。其最基本性質是受力時反向加速、對有正質量的物體產生排斥。在一些非標準宇宙論里,暗物質和暗能量被設定為負質量流體[1],且它們在不斷自我創生出更多。
目前還沒有在地球上或地球附近附近找到具有負質量或負能量的奇異物質,但我們手中已經有可以表現類似現象的手段:
- 在卡西米爾效應中,當兩塊不帶電金屬板彼此靠近到非常接近時出現的吸力,來自板內外真空的能量差,板之間的真空就具有負能量[2]。
- 在實驗室里的特定條件下極化子和玻色-愛因斯坦凝聚態物質可以被推力逆向加速[3]。
- 在水波中,可以通過構造特殊的微結構實現等效負重力加速度,
- 在聲子超材料中,通過構造特殊微結構可以得到等效負質量密度。
- 有一些研究認為聲子在重力場中會反向加速[4]。在中子星內部等音速非常高的地方,這會對整個星體的行為產生可測量的影響。
參考
- ^A Unifying Theory of Dark Energy and Dark Matter: Negative Masses and Matter Creation within a Modified ΛCDM Framework https://arxiv.org/abs/1712.07962
- ^https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.61.1446
- ^用光子碰撞原子會改變原子的動量,可以加速也可以減速。通過激光減速銣原子的運動形成銣超流體,並將其局限在直徑小於100微米的激光阱中,然後通過另一系列激光去衝擊銣原子,可以使銣原子在激光阱來回運動、改變自旋。此時銣超流體會從激光阱里往外流,流得足夠快時就會表現出負質量。這個過程實質上是通過改變銣原子的自旋軌道耦合來調控超流體的色散關係。 https://phys.org/news/2017-04-physicists-negative-mass.html
- ^Mutual Interactions of Phonons, Rotons, and Gravity https://arxiv.org/abs/1705.08914
負質量意味著對稱性的破缺,也就是可以通過平移場獲得勢能更低的點。因此可以對場進行重新定義,從而得到真正的真空態,將質量重新定義為正。
典型的例子就是上帝粒子Higgs玻色子,你可以學習一下Higgs機制和對稱性自發破缺的理論,就明白了。
Higgs粒子的拉格朗日量中,質量係數就是負的,但Higgs場為0的點並不是能量最低的點,如下圖,因此並不是真正的真空態。只有當Higgs場處在能量最低的某個點處,才是真正的真空,此時Higgs場不為0,在這一點附近將Higgs場做平移,得到的真正的Higgs動力學場方程,此時有效Higgs場的質量係數已經變成正的了。
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