负质量

天文物理学的理论术语

负质量（negative mass），是天文物理学的一个理论术语，是指一个物体的质量为负数。负物质指一种具有特殊质量的物质：其质量的正负值与正常物质相反，例如：−1 kg。照现时我们生存的世界为参照，负物质拥有的质量是负数。由于根据相对论质量和能量可互相转换，负质量在某种意义上又可以等同负能量。这种存在会违反现实世界至少一个能量条件，令其出现会显现某些奇怪的物理特性，

简介

“负物质”与“反物质”（antimatter）是完全不同的概念，负物质拥有负质量/负能量，而反物质具有正质量/正能量。反物质与普通物质一样会被重力场吸引，但另一方面负物质不会受重力场吸引，反而会受其排斥。

广义相对论所描述的引力及牛顿运动定律同样适用于具有正能量值或负能量值的粒子，也就是说亦适用于具有负质量的物质，但并不包括其他基本相互作用力。

物理学家米给尔·阿库别瑞就曾提出一个阿库别瑞引擎（或称曲速引擎），需要由负物质或负能量推动。

起源

下面我们试着用负质量来理解宇宙的创生与演化。假定原初宇宙（物理宇宙）起源于量子涨落扰动产生的局部区域，当涨落产生局域质量为正时，正质量区域是力学稳定的，不会产生剧变式的爆炸。而当这种区域质量为负时大爆炸就会发生，这种爆炸主要源于负质量区域的力学不稳定性。这样宇宙最初起源于负质量的真空区域，在大爆炸的同时，由于宇宙体积的增大，负质量的密度趋向于零，作为一种负反馈机制，必将有正质量产生，这样，宇宙中的可见和不可见正质量物质来源于负质量宇宙膨胀过程中的负反馈。同样，正质量产生后，由于膨胀的负反馈也会产生负质量，但只要宇宙还在加速膨胀，就意味质量态的负反馈机制起主导作用，这样就会有正质量的连续创生。但这种创生的具体机制与过程还没有一个可用的模型来描述。特别是宇宙已经远离了大爆炸的初态，这种物质创生是宇宙尺度的，在我们观测范围内将很难找到确切的证据。但是物质连续创造的假定在稳恒态宇宙模型中是必须的。

另外，狄拉克的大数假说也预言了物质连续创生过程。

探索

宇宙学家已经研究了它对时空结构的影响，但他们通常得出的结论是，负物质不可能存在，因为它打破了爱因斯坦广义相对论的基本假设。然而，加拿大大学的科学家发现了一种对广义相对论的解决方案，它允许负质量存在且不破坏任何基本假设。他们认为，只要有一个合理的产生它的途径，它就可以存在。他们的结论指出，如果正质量和负质量同时存在，它们会形成等离子体，这对天文学的未来具有重要的意义。

此前，物理学家Peter Angles和华盛顿州立大学的一个研究小组声称制造出了一种负质量的液体。与世界上我们所知的一切物理对象不同，它不会在被推的方向上加速，它会向后加速，也就是朝向施加力的相反方向。这种现象很少在实验室条件下产生，它可以用来探索一些更具挑战性的概念。

2017年4月10日，研究小组通过将铷原子的温度降低到刚接近绝对零度，创造了新的有效质量。它被称为玻色-爱因斯坦凝聚态，这个冷却状态的粒子移动非常慢。此时，铷超流体有正常的质量，它遵循量子力学的原理，表现得像波。这种物质状态被称为“超流动性”，在这种状态下，液体可以从罐子的侧面缓慢上升到顶端。利用激光阱，研究小组能够逆转这个状态下的一些铷原子的自旋。然后他们观察到原子一旦从光阱中释放出来，就会扩展并显示出负质量的特性，特别是朝向推进力加速而不是远离它。

此前一些关于超材料的研究表明，一些未被发现的超导体合成物也可以显示出负质量的迹象。

原因

另外，基于这一模型，我们的正物质处于浸没于负质量海中的状态，为什么正负物质不会局部湮没成零呢？这个问题可以这样理解，事实上这种湮没过程随时存在，只是必须以宇宙尺度才能明显观察到，况且在正负质量互相转化时由于处在非平衡的膨胀过程中，负质量转化为正质量的负反馈占相对主导的地位。总之我们还能生活与思考而没有溶解于真空或被不断创生物质挤扁，得益于宇宙正处在相对稳定膨胀的时期。

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