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負物質

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負物質（英文：Negative matter），係理論物理學嘅一個概念，指係一種由負粒子（英文：Negative particle）構成具有特殊質量及能量嘅粒子及物質：其質量及能量嘅正負值同正常粒子及正常物質相反，例如：−1 kg[1][2]。照現時我哋生存嘅世界為參照，負粒子及負物質擁有嘅質量及能量係負數。由於根據相對論質量及能量可互相轉換，負質量（英文：Negative mass）喺某種意義上又可以等同負能量（英文：Negative energy）。呢種存在會違反現實世界至少一個能量條件，令佢出現會顯現某啲奇怪嘅物理特性，

注意呢度嘅「負粒子及負物質」同「反粒子及反物質」（英文：Antiparticle and Antimatter）係完全唔同嘅概念，負粒子及負物質擁有負質量/負能量，而反粒子及反物質具有正質量/正能量[3]:349。反粒子及反物質同普通粒子及普通物質（意即正粒子及正物質）一樣會被重力場吸引，但另一方面負粒子及負物質唔會受重力場吸引，反而會受其排斥[3]:262。

負物質可能擁有一啲奇特嘅特性，例如往施力方向嘅反方向加速。譬如一個慣性質量為負、電荷為正嘅物體同帶電嘅普通物質相互作用，佢會同帶正電嘅物體相吸，同帶負電嘅物質相斥，完全同普通物質間嘅「同性相斥，異性相吸」相反。呢種反常嘅行為可以產生一啲唔可思議嘅結果。

廣義相對論所描述嘅引力及牛頓運動定律同樣適用於具有正能量值或負能量值嘅粒子，即係話亦適用於具有負質量嘅物質，但並唔包括其他基本相互作用力。

物理學家米給爾·阿庫別瑞就曾經提出過一個阿庫別瑞引擎（或稱曲速引擎），需要由負物質或負能量推動。

雖然同「正常」物質嘅預期行為唔一致，但負質量喺數學上係一致嘅，而且唔會違反動量或者能量守恆定律。佢被用喺某啲推測理論入面，例如人造蟲洞嘅建造同阿庫別瑞引擎。已知最接近呢類奇異物質嘅真實代表係卡西米爾效應產生嘅偽負壓密度區域。

負物質仲喺搜索階段，但負能量的確係存在嘅。卡西米爾效應嘅實驗中，當兩塊金屬片距離遙遠時，能量係零。當佢哋彼此靠近，我哋可以從中吸取能量，其時金屬板嘅能量即係負值[3]:263。

喺宇宙學中，有關負物質嘅嘢可以有六個，包括負物質宇宙（負宇宙）、負物質世界（負世界）、負物質時空（負時空）、負物質空間（負空間）、負物質時間（負時間）還有負物質維度（負維度）噉。

時間與能量反轉之箭

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喺廣義相對論入面，宇宙被描述為同愛因斯坦場方程嘅度量張量解相關嘅黎曼流形喺噉嘅框架下，失控運動禁止負物質嘅存在[4][5]。

一啲正負宇宙（雙宇宙）雙度量理論認為，可能存在兩個具有相反時間同能量反轉嘅箭頭（意即存在一個具有正質量/正能量嘅正粒子及正物質/反粒子及反物質，另一個具有負質量/負能量嘅負粒子及負物質）嘅多重宇宙，而唔係一個，佢哋由大爆炸聯繫埋一齊，只係透過引力相互作用[6][7]。然後將正負宇宙（雙宇宙）描述為同兩個黎曼度量（一個具有正質量/正能量嘅正粒子及正物質/反粒子及反物質，另一個具有負質量/負能量嘅負粒子及負物質）相關嘅流形。根據群論，共軛度量嘅物質相對於另一個度量嘅物質似乎具有相反嘅質量同時間箭頭（儘管其固有時間仍然係正）。耦合度量有自己嘅測地線，係兩個耦合場方程嘅解[8]。

耦合度量嘅負物質通過引力同另一個度量嘅物質相互作用，可以作為解釋暗物質、暗能量、宇宙膨脹同加速宇宙嘅另一種候選理論[8]。

推測性建議

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蟲洞

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負能量出現喺蟲洞嘅推測理論中，需要佢嚟保持蟲洞開放。蟲洞直接連接兩個喺空間同時間上相距任何遠嘅地方，並且原則上允許佢哋之間近乎瞬間嘅旅行。羅傑·彭羅斯等物理學家認為，噉嘅想法唔切實際，更多嘅係虛構，而唔係推測[9]。

曲速引擎

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有人提出咗利用負能量實現宇宙飛船超光速曲速驅動嘅理論原理。阿庫別瑞引擎以廣義相對論嘅愛因斯坦場方程解為基礎，其中利用假設嘅負能量構建時空「氣泡」。然後，通過擴大氣泡後方嘅空間並收縮氣泡前方嘅空間嚟移動氣泡，氣泡可以以任意速度傳播，唔受光速嘅限制，因為氣泡嘅內容實際上並冇喺度。其局部時空中移動[10]。

負質量/負能量粒子

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推測性嘅理論研究表明，具有負能量嘅負粒子同相對論量子理論一致，其中一啲注意到同負質量嘅負粒子同/或時間逆轉嘅相互關係[11][12][13]。

負質量/負能量宇宙弦

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宇宙弦嘅標準模型係一種具有角度不足嘅幾何結構，因此處於張力之下，具有正質量/正能量嘅正粒子及正物質/反粒子及反物質宇宙弦。1995年，麥特·維瑟等人提出，理論上，宇宙弦亦可以存在角度過大嘅情況，因此張力為負，質量為負，能量為負，粒子為負，物質為負。呢種奇異物質弦嘅穩定性係有問題嘅；然而，佢哋認為，如果喺早期宇宙中將具有負質量/負能量嘅負粒子及負物質宇宙弦纏繞喺蟲洞、多維宇宙及維度洞周圍，噉呢種蟲洞可以穩定到足以存在於當今，而多維宇宙及維度洞則由具有正質量/正能量嘅正粒子及正物質/反粒子及反物質嘅多維宇宙及維度洞變成具有負質量/負能量嘅負粒子及負物質嘅多維宇宙及維度洞[14][15]。

參考

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  1. ↑ "Scientists observe liquid with 'negative mass', which turns physics completely upside down"". 《The Independent》 (英文). 2017-04-21. 原著喺2019-07-24歸檔. 喺2018-08-19搵到. {{cite news}}: Italic or bold markup not allowed in: |newspaper= (help); Unknown parameter |dead-url= ignored (|url-status= suggested) (help)
  2. ↑ "Scientists create fluid that seems to defy physics:'Negative mass' reacts opposite to any known physical property we know" (英文). CBC. 2017-04-20. 原著喺2017-08-28歸檔. 喺2018-08-19搵到. {{cite news}}: Italic or bold markup not allowed in: |publisher= (help); Unknown parameter |dead-url= ignored (|url-status= suggested) (help)
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 加來道雄 (2009)。《《電影中不可能的物理學》》。世茂出版社。
  4. ↑ Bondi, H. (1957). "Negative Mass in General Relativity" (PDF). Reviews of Modern Physics. 29 (3): 423–428. Bibcode:1957RvMP...29..423B. doi:10.1103/RevModPhys.29.423. 原著 (PDF)喺2021-06-05歸檔. 喺2024-11-13搵到. {{cite journal}}: Unknown parameter |dead-url= ignored (|url-status= suggested) (help)
  5. ↑ Bonnor, W. B. (1989). "Negative mass in general relativity". General Relativity and Gravitation. 21 (11): 1143–1157. Bibcode:1989GReGr..21.1143B. doi:10.1007/BF00763458. S2CID 121243887.
  6. ↑ Sakharov, A.D. (1980). " " [Cosmological model of the Universe with a time vector inversion]. ZhETF (俄文). 79: 689–693.Template:Full translation in "Cosmological model of the Universe with a time vector inversion". JETP Lett. (英文). 52: 349–351. 1980.Template:Full
  7. ↑ Barbour, Julian; Koslowski, Tim; Mercati, Flavio (2014). "Identification of a Gravitational Arrow of Time". Physical Review Letters. 113 (18): 181101. arXiv:1409.0917. Bibcode:2014PhRvL.113r1101B. doi:10.1103/PhysRevLett.113.181101. PMID 25396357. S2CID 25038135.
  8. ↑ 8.0 8.1 Hossenfelder, S. (15 August 2008). "A Bi-Metric Theory with Exchange Symmetry". Physical Review D. 78 (4): 044015. arXiv:0807.2838. Bibcode:2008PhRvD..78d4015H. doi:10.1103/PhysRevD.78.044015. S2CID 119152509.
  9. ↑ Penrose 2005, pp.833-4. "... an (in my opinion misguided) intention to show that some kind of science-fiction 'wormhole' travel between universes..."
  10. ↑ Ford and Roman 2000
  11. ↑ N Debergh, J-P Petit and G D’Agostini; "On evidence for negative energies and masses in the Dirac equation through a unitary time-reversal operator 互聯網檔案館嘅歸檔，歸檔日期2024年11月22號，.", Journal of Physics Communications, Volume 2, Number 11, 2018.
  12. ↑ Hongwei Yu and Weixing Shu; "Quantum states with negative energy density in the Dirac field and quantum inequalities", Physics Letters B, Volume 570, Issues 1–2, 18 September 2003, Pages 123-128'
  13. ↑ Frédéric Henry-Couannier; "Negative energies and time reversal in Quantum Field Theory and General Relativity: The Dark Side of Gravity", HAL Open Science, 2004. ⟨hal-00001476v1⟩
  14. ↑ Cramer, John; Forward, Robert; Morris, Michael; Visser, Matt; Benford, Gregory; Landis, Geoffrey (1995). "Natural wormholes as gravitational lenses". Physical Review D. 51 (6): 3117–3120. arXiv:astro-ph/9409051. Bibcode:1995PhRvD..51.3117C. doi:10.1103/PhysRevD.51.3117. PMID 10018782. S2CID 42837620.
  15. ↑ "Searching for a 'Subway to the Stars'" (新聞稿). 原著喺2012-04-15歸檔.

出面網頁

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睇埋

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