负质量
负质量,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。在理论物理学中,负物质是由负粒子组成的物质,其质量的正负值与正常物质相反,例如:−1 kg。负物质和负质量在某种意义上可以等同于负能量。这种存在会违反至少一个能量条件,并可能表现出一些奇特的物理特性,例如往施力方向的反方向加速。微波背景的观测确定了宇宙曾经有过激烈的巨变式的起源,曾经以自然优美的形式吸引大家注意的稳恒态宇宙模型不能以自然的方式解释这一观测事实。于是大爆炸宇宙学说占了主导地位,基于大爆炸理论的宇宙模型很好地解释了微波背景的起源并精确预言了辐射温度值的大小。并经不断完善,最终成为"标准模型"。在观测数据很不充分的情况下,标准模型较为成功地以一致的方式描画了宇宙图景。同时标准模型也留下了一些难以解决的问题。加速膨胀的宇宙观测结果就是其中之一。
起源
下面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现在还没有一个可用的模型来描述。特别是现在的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。保罗·狄拉克的大数假说也预言了物质连续创生过程。
原因
基于这一模型,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。负物质的概念进一步扩展了对宇宙的理解,包括负物质宇宙、负物质世界、负物质时空、负物质空间、负物质时间以及负物质维度等概念。
特性与应用
负物质可能拥有一些奇特的特性,如往施力方向的反方向加速。例如,一个惯性质量为负、电荷为正的物体与带电的普通物质相互作用,它会与带正电的物体相吸,与带负电的物质相斥,完全与普通物质间的“同性相斥,异性相吸”相反。这种反常的行为可产生一些不可思议的结果。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。负物质仍在搜索阶段,但负能量的确是存在的。卡西米尔效应的实验中,当两块金属片距离遥远时,能量为零。当它们彼此靠近,能从中吸取能量,其时金属板的能量即为负值。