آیا جرم منفی می تواند وجود داشته باشد و قابل مشاهده باشد؟

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برخلاف بار الکتریکی، تا آنجا که می دانیم همه جرم ها مثبت هستند و جرم های مثبت یکدیگر را جذب می کنند. آیا جرم منفی می تواند وجود داشته باشد، و اگر چنین است، چه عواقبی خواهد داشت؟

ضد گرانش بین یک جرم مثبت و یک جرم منفی فرضی در طول سال ها در هر دو فیزیک و داستان های علمی تخیلی کمی مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال، در سال 1901، نویسنده H. G. Wells، "نخستین مردان در ماه"، ماده ای را تصور می کند که او آن را "کاوریت" می نامد که نیروی جاذبه منفی ایجاد می کند و بنابراین به عنوان سپر جاذبه عمل می کند. در نظریه گرانش نیوتن، جرم منفی عملا به عنوان معادله مشابه او ظاهر می شود، اما ثابت گرانشی G با -G جایگزین شده است.

اما نسخه اینشتین از گرانش، نسبیت عام، چندان مهربان نیست، و به نظر نمی رسد به طور مداوم ضد گرانش را مجاز کند.

در مقاله جدیدی در فیزیک جهان تاریک، شینیچی نوجیری از ژاپن و S.D. Odintsovc از اسپانیا عمیق تر در مورد امکان وجود اجرام جرم منفی (NMOs) تحقیق می کند و به این نتیجه می رسد که این ایده ممکن است آنقدر که تصور می شود عجیب و غریب نباشد. آنها با استفاده از ابزارهای نظری نشان می دهند که جرم منفی «همیشه به هیچ ناهماهنگی منجر نمی شود».

جرم از برهمکنش یک ذره با میدان هیگز به دست می آید و بیشتر جرم یک ذره در واقع انرژی اتصال است (اینشتین را به یاد داشته باشید: m=E/c 2 ) بین اجزای تشکیل دهنده آن. پروتون ها، 1836 برابر جرم تر از الکترون ها، از سه کوارک و گلوئون تشکیل شده اند که به هم متصل شده اند. طبق نظریه‌های گیج شبکه کرومودینامیک کوانتومی، جرم کوارک تنها حدود 9 درصد از جرم پروتون است. بقیه از انرژی میدان گلوئون‌ها ناشی می‌شود که دینامیک داخل پروتون را واسطه می‌کنند.

نویسندگان با ذکر این نکته شروع می کنند که یک حباب در آب به طور موثر به عنوان یک جرم منفی عمل می کند: "حباب به گونه ای رفتار می کند که گویی جرم منفی دارد زیرا آب اطراف حباب به دلیل گرانش می افتد [دور می شود]." سپس جهانی با جرم نقطه مثبت (مانند یک ستاره فشرده) را در یک "سیال" با فشار منفی، مانند انرژی تاریک، با ثابت کیهانی منفی در نظر می گیرند. (در واقع، ثابت کیهانی - متناسب با انرژی خلاء جهان - مثبت است اما بسیار کوچک است.) سیال این را از یک سیستم جرمی ساده مثبت-منفی تغییر می دهد.

آنها استدلال می کنند که به دلیل فشار منفی، جرم نقطه مثبت سیال را دور می کند. بنابراین، مناطق پایدار با چگالی انرژی منفی وجود خواهد داشت. یک نسخه ساده از معادلات گرانش انیشتین، تنها یک قدم فراتر از قانون جهانی گرانش نیوتن، نشان می‌دهد که NMO نیروی دافعه‌ای به جسم جرم مثبت وارد می‌کند. اصل هم ارزی اینشتین نشان می دهد که NMO همچنین دارای جرم اینرسی منفی است، جرمی که در F=ma ظاهر می شود.

از این طریق آنها چند مدل کیهانی ساده را حل می کنند. در یکی از آنها از یک نسخه ساده شده از معادلات نسبیت عام اینشتین برای یافتن نمونه هایی از NMO استفاده می کنند که ثابت کیهانی منفی است. در دیگری، آنها فشار سیال را متناسب با چگالی انرژی فرض می کنند و برای مقادیر ثابت تناسب که کمتر از 2/3- هستند، یک NMO می تواند ظاهر شود.

در این سناریوی تولیدی ساده، فضا به طور مجانبی مسطح نیست. جهان خود ما نیز مجانبی مسطح نیست - در همه جا ماده و تشعشع وجود دارد و در بزرگترین فواصل خلاء وجود ندارد - و به دلیل انرژی تاریک در حال انبساط است.

نویسندگان همچنین به اصطلاح "گرانش اصلاح شده" را با شرایط الهام گرفته از نظریه ریسمان بررسی می کنند. اگرچه نسبیت عام انیشتین تا به امروز تمام آزمایش‌های تجربی و رصدی را گذرانده است، برای مثال، ماده تاریک یا انرژی تاریک را توضیح نمی‌دهد، یا توضیح ساده‌ای برای شتاب کیهانی و دینامیک کهکشانی ارائه نمی‌دهد.

بنابراین نویسندگان نظریه انیشتین را در نظر می گیرند اما دو میدان ساده دیگر ["اسکالر"] اضافه شده است. چنین میدان‌هایی می‌توانند تورم اولیه کیهان‌شناختی را تحریک کنند، یا میدان‌هایی که ماده تاریک یا انرژی تاریک را تامین می‌کنند، یا یک ستاره نوترونی جدید یا ساختار سیاه‌چاله. در شرایط خاص، چنین مدل‌هایی حاوی NMOهایی هستند که با تکامل میدان‌های ساده ایجاد شده‌اند.

فضازمان حاصل به عنوان عدسی های محدب گرانشی عمل می کند: یک پرتو نور به دلیل نیروی دافعه به طور هذلولی در اطراف NMO حرکت می کند، برخلاف خمش نور ستاره به سمت جسم عظیم در نسبیت عام. جرم اینرسی منفی است، بنابراین بین یک جسم جرم مثبت و یک NMO نیروی جاذبه وجود دارد. دو NMO خالص یکدیگر را دفع می کنند.

اما آیا ممکن است اجرام با جرم منفی هرگز مشاهده شوند؟ نه به راحتی. در یکی از محاسبات نویسنده، چگالی یک ناحیه یا جسم جرم منفی باید از حدود 10 18 کیلوگرم بر متر مکعب بیشتر باشد، یعنی حدود 200 تریلیون برابر چگالی متوسط ​​زمین! برای مدل‌هایی که قبلا ذکر شد، جرم NMO به پارامترهایی بستگی دارد که نظریه را تعریف می‌کنند.

اما آنچه که ممکن است قابل مشاهده باشد، یک NMO است که به سمت یک جسم جرم مثبت حرکت می کند و بنابراین گرانش آن، یا یک سیستم محدود از یک جسم جرم مثبت و NMO ها را بررسی می کند. نویسندگان می نویسند: «چنین سیستمی ممکن است به دلیل اثر لنز نسبتا عجیب مشاهده شود. جت یک سیاهچاله می تواند توسط NMOها اصلاح شود، مانند برخورد ستاره نوترونی با سیاهچاله، با NMO که نتایج نسبیتی عام را که تا به امروز تایید شده اند تغییر می دهد.

توسط نویسنده ما دیوید آپل، ویرایش شده توسط Sadie Harley برای شما نوشته شده و توسط رابرت ایگان بررسی و بررسی شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

شینیچی نوجیری و همکاران، ممکن است اجرام جرم منفی در آسمان وجود داشته باشند؟، فیزیک جهان تاریک (2026). DOI: 10.1016/j.dark.2026.102364

دیوید آپل یک نویسنده علمی مستقل اهل اورگان است که آثارش در مجله علمی آمریکایی، نیو ساینتیست، دنیای فیزیک و واشنگتن پست منتشر شده است. او دارای مدرک دکتری است. در فیزیک از دانشگاه استونی بروک. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →