牛頓的萬有引力定律說 兩個質量之間的引力是質量的乘積 反引力物質的正經科學 - 趣味新聞網

牛頓的萬有引力定律說，兩個質量之間的引力是質量的乘積，除以它們之間距離的平方，之後還要乘上一個引力常數。對於兩個電荷之間的靜電力，我們有庫侖定律：它是電荷之間的成績除以距離的平方，然後還要乘上一個庫侖常數。這兩個定律看起來幾乎相同，但是靜電力既可以吸引也可以排斥，這取決於它們是異性電荷還是同性電荷。然而，引力總是隻有吸引，因為我們沒有見過負質量。

如果有任何反引力物質，它就會立刻被我們星球排斥，所以也許在我們這裏看不到任何反引力物質並不奇怪。但它可能齣現在宇宙的某個地方，為什麼物理學傢不尋找它呢？你可能聽過物理學傢提齣過一個論點：負質量是不可能存在的，因為這會使真空衰變。如果存在負質量，那麼負能量也會存在。如果我們有負能量，那麼就可以從虛無中創造齣具有負能量和正能量的粒子對，粒子對會自發地齣現在我們周圍。這與我們對宇宙的觀測證據相衝突，因此具有負質量的理論會預測宇宙不存在。

不幸的是，這個論點不起作用，因為它混淆瞭不同類型的質量。愛因斯坦的廣義相對論是基於等效原理，即引力質量等於慣性質量。引力質量是齣現在萬有引力當中的質量，而慣性質量是抵抗加速度的質量。如果我們有反引力物質，可能隻有它的引力質量是負的，它的慣性質量始終是正的。而且，由於慣性質量的能量當量通常是守恒的，所以不能憑空製造引力和反引力的粒子。

一些物理學傢可能會爭辯說，不能使反引力與廣義相對論兼容，因為愛因斯坦理論中的粒子將始終遵循等效原理。當然，我們不能照原樣在廣義相對論中做到這一點。但有物理學傢寫瞭一篇論文 ，將廣義相對論擴展到反引力物質，給等價原理的引力質量多加瞭一個絕對值。所以，這在理論上是可能的，真正的問題是，我們看不到任何反引力物質。

反物質＝反引力物質？

許多人想知道，反物質是不是反引力物質？反物質是由反粒子構成的，反粒子是具有與正常物質慣性質量相同但電荷相反的粒子。例如，電子的反粒子是正電子。一般情況下，我們是看不到反粒子的，因為當它們與正常物質接觸時會湮滅。而且，在由正常物質構成的世界中，反物質很難避免與正常物質接觸。科學傢隻是在宇宙射綫或粒子對撞機中纔能觀察到反物質粒子的短暫存在。

我們周圍的反物質如此之少，而且它存在的時間這麼短，我們怎麼知道它不是反引力物質呢？中子和質子是由三個誇剋所組成，其中還有一種粒子湯將誇剋結閤在一起。湯中的一些粒子是反粒子，它們無時無刻都在被創造和湮滅。因此，我們稱它們為虛擬粒子，但它們仍然對中子和質子的引力質量做齣瞭巨大貢獻。這意味著，反物質的引力質量不能為負。

歐洲核子研究中心的三個實驗正在測量反物質的引力行為。目前，ALPHA實驗已經排除瞭反粒子具有負引力質量，但前提是質量的絕對值遠大於相應的正常粒子的質量。我不認為這個實驗能給我們帶來意料之外的驚喜，因為反物質不能反引力的理論論據是可靠的。

暗物質=反引力物質？

有些人認為，反引力物質與目前尚未清楚的暗物質、暗能量有些相似。反引力物質可以圍繞正常星係運轉並産生斥力擠壓它們，這會産生一種看起來很像暗物質的額外力。通常，我們觀察到的這些額外力被認為是由星係內部和周圍更多的正質量引起的。內部更多正質量的吸引，還是外部負質量的推入，都可以産生相同的暗物質效果。

但是，這種想法是行不通的。星係並不會被反引力物質所包圍，因為這樣的星係是不穩定的。請記住，反引力物質會像正常物質一樣聚集在一起，它們不會包圍正常物質的星係，相反它們會形成自己的星係。因此，對於星係來說，用反引力來解釋暗物質也行不通。

還有暗能量呢？暗能量是使宇宙加速膨脹的原因，許多人認為這與反引力有關。關鍵的是，反引力物質仍然是物質並且錶現得像物質，可是暗能量的行為並不像物質。

參考資料：

[1]Hossenfelder S. Bimetric theory with exchange symmetry[J]. Physical Review D, 2008, 78(4): 044015.