(按照廣義相對論的理論，由物質(zhì)質(zhì)量分布狀況決定的時(shí)空曲率產(chǎn)生了引力。反物質(zhì)質(zhì)量與重力場中的物質(zhì)質(zhì)量表現(xiàn)是否相同，這需要實(shí)驗(yàn)證實(shí)。)

網(wǎng)易科技訊10月29日消息，福布斯雜志日前在刊登的《反重力是真的嗎?科學(xué)家即將給出答案》一文中指出，對反物質(zhì)的研究或許會給我們打開一扇新世界的大門。

以下是這篇文章內(nèi)容：

自然界中，每個(gè)粒子都遵循相同的規(guī)則，經(jīng)歷同樣的力，并且感受著相同的基本常量。而宇宙中的每一個(gè)實(shí)體也都受到地球引力的影響，有些時(shí)候用重力加速度來描述，有些時(shí)候用時(shí)空曲率來說明。

光子和正常的、穩(wěn)定的粒子，在重力場中都會像預(yù)期那樣下落，地球會導(dǎo)致任何有質(zhì)量的粒子以9.8m/s的加速度向地球方向中心運(yùn)動。但是，我們從未測量過反物質(zhì)的引力加速度。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)正試圖確定這件事情，這或許將成為一場科技革命的關(guān)鍵點(diǎn)。

(ALPHA實(shí)驗(yàn)中反氫原子的軌跡。我們現(xiàn)在可以讓它們一次穩(wěn)定20分鐘，下一個(gè)邏輯步驟是測量它們在重力場中的行為。)

對于質(zhì)量有兩種完全不同的思考方式。一種質(zhì)量是慣性質(zhì)量，當(dāng)你對質(zhì)量物體施加力時(shí)，它就會加速，這就是眾所周知的牛頓第二定律F=ma描述的內(nèi)容。另一種質(zhì)量是引力質(zhì)量，這里的質(zhì)量m出現(xiàn)在地球表面重力公式(w=mg)或牛頓引力定律公式F=GmM/r2中。對于正常物質(zhì)，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是相等的。

(牛頓萬有引力定律(L)和庫侖靜電學(xué)定律(R)具有幾乎相同的形式。)

然而，對于反物質(zhì)來說，我們根本無法進(jìn)行測量。我們對反物質(zhì)施加了非引力，看到它加速，它和正常物質(zhì)的慣性質(zhì)量完全一樣。F=ma和E=mc2既適用于反物質(zhì)也適用于正常物質(zhì)。

但是，如果我們想知道反物質(zhì)的引力行為，不能僅僅停留在理論上的預(yù)期，必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)正是為了做到這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)的：歐洲粒子物理研究所(CERN)的ALPHA實(shí)驗(yàn)。

(ALPHA是測量重力場中中性反物質(zhì)行為的最接近的實(shí)驗(yàn)，ALPHA-g探測器可能幫助我們揭曉答案。)

反質(zhì)子和正電子(反電子)能夠被創(chuàng)造，被減速，并且迫使他們相互作用，形成中性反氫原子。利用電場和磁場的組合，我們可以限制這些反原子，使它們保持穩(wěn)定，遠(yuǎn)離導(dǎo)致它們消失的物質(zhì)。

我們成功地讓它們一次穩(wěn)定了大約20分鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了不穩(wěn)定的基本粒子存在的微秒時(shí)間。我們用光子撞擊它們時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們與原子具有相同的發(fā)射光譜和吸收光譜。重要的是，我們已經(jīng)確定反物質(zhì)的性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)物理預(yù)測的完全一樣。

(加拿大國家粒子與核物理實(shí)驗(yàn)室TRIUMF制造的ALPHA-g探測器，是首個(gè)設(shè)計(jì)用來測量重力對反物質(zhì)影響的探測設(shè)備。當(dāng)垂直定向時(shí)，它能夠測量反物質(zhì)下落的方向和程度。)

當(dāng)然，除了重力。新的ALPHA-g探測器由加拿大國家粒子與核物理實(shí)驗(yàn)室TRIUMF制造，并于今年運(yùn)至歐洲粒子物理研究所(CERN)。該探測器將把反物質(zhì)引力加速度的限制提高到臨界閾值。在地球表面引力場存在的情況下，反物質(zhì)加速度會達(dá)到到+9.8m/s2(下線)、-9.8m/s2(上線)、0m/s2(完全無引力加速度)或其他某個(gè)值嗎?

從理論和應(yīng)用的角度來看，預(yù)期的+9.8m/s2以外的任何結(jié)果都將是革命性的。

(如果有某種類型的物質(zhì)具有負(fù)引力電荷，它就會被我們所知道的物質(zhì)和能量所排斥。)

每個(gè)物質(zhì)粒子對應(yīng)的反物質(zhì)具有同樣的質(zhì)量、引力場中同樣的加速度、相反的電荷、相反的自旋、同樣的磁性;應(yīng)該以同樣的方式結(jié)合在一起，形成原子、分子和更大的結(jié)構(gòu);在這些不同的構(gòu)造中，正電子轉(zhuǎn)變的光譜應(yīng)該是相同的。

反物質(zhì)的慣性質(zhì)量、電荷，自旋和磁性已經(jīng)得到證實(shí)。反物質(zhì)的結(jié)合和過渡性質(zhì)在阿爾法實(shí)驗(yàn)中已由其他探測器測量，結(jié)果與粒子物理預(yù)測一致。

但是，如果重力加速度變成負(fù)值而不是正值，世界就會被顛倒過來。

(人工重力的可能性是誘人的，但它是以負(fù)重力質(zhì)量的存在為前提的。反物質(zhì)可能是這樣的質(zhì)量，但我們還不知曉，這需要實(shí)驗(yàn)。)

就電導(dǎo)體來說，自由電荷存在于表面并且可以移動，當(dāng)周圍有其它電荷靠近時(shí)，這些自由電荷可以通過在導(dǎo)體表面流動來重新分配自己以作出反應(yīng)。如果電導(dǎo)體外面有電荷，導(dǎo)體的內(nèi)部將被屏蔽，不受外部電源的影響，也沒有辦法在一個(gè)空間區(qū)域建立一個(gè)均勻的引力場。

(電容原理圖，其中兩個(gè)平行導(dǎo)電板的電荷相等和帶電性相反，在它們之間形成一個(gè)均勻的電場。這種結(jié)構(gòu)對于重力來說是不可能的，除非有某種形式的負(fù)重力質(zhì)量。)

但是如果存在負(fù)引力質(zhì)量，所有這些都會改變。如果反物質(zhì)實(shí)際上是反引力的，那么重力就會認(rèn)為這是由反質(zhì)量或反能量構(gòu)成的。根據(jù)我們目前所理解的物理定律，像反質(zhì)量或反能量這樣的物質(zhì)量是不存在的。我們可以想象它們，并討論它們的行為，但是當(dāng)談到重力時(shí)，我們期望反物質(zhì)有正常的質(zhì)量和正常的能量。

然而，如果反質(zhì)量確實(shí)存在，那么科幻作家們幾代人想象的一系列偉大的技術(shù)進(jìn)步將會成為可能。

(用于離心機(jī)艙(CAM)的Virtual IronBird工具，是制造人工重力的一種方法，但需要大量的能量，并且只允許一種非常特定的尋心力。真正的人工重力需要一些負(fù)質(zhì)量的東西。)

我們可以建造一個(gè)引力導(dǎo)體，保護(hù)自己不受引力的影響。我們可以在太空中建立一個(gè)引力電容，創(chuàng)造一個(gè)均勻的人工重力場。

我們甚至可以創(chuàng)造出扭曲驅(qū)動，就像米格爾·阿爾庫比爾(Miguel Alcubierre)在1994年發(fā)現(xiàn)的廣義相對論的數(shù)學(xué)解決方案一樣。

(廣義相對論的阿爾庫比爾解決方案，使運(yùn)動類似于扭曲驅(qū)動。這個(gè)解決方案需要負(fù)引力質(zhì)量，這正是反物質(zhì)能夠提供的東西。)

這是一種難以置信的可能性，幾乎所有理論物理學(xué)家都認(rèn)為這是極不可能的。但是，無論你的理論多么狂野或馴服，你都必須用絕對的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證它。只有通過測量宇宙并對其進(jìn)行檢驗(yàn)，你才能準(zhǔn)確地確定自然界的規(guī)律是如何運(yùn)作的。

在我們測量反物質(zhì)的引力加速度可以達(dá)到什么值時(shí)，我們必須對自然界中的未知狀態(tài)保持開放態(tài)度。對于反物質(zhì)來說，等效原理可能不成立。事實(shí)上，它可能是100%的反真。如果是這樣，一個(gè)可能性的全新世界將被打開。我們可以改變?nèi)祟惸壳澳軌蛟谟钪嬷袆?chuàng)造的已知極限。幾年后，我們將會通過最簡單的實(shí)驗(yàn)來了解這個(gè)答案：將反原子置于重力場中，并觀察其下落的方向。

關(guān)鍵詞： 反重力 科學(xué)家