牛頓的萬有引力定律說，兩個(gè)質(zhì)量之間的引力是質(zhì)量的乘積，除以它們之間距離的平方，之后還要乘上一個(gè)引力常數(shù)。對(duì)于兩個(gè)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，然后還要乘上一個(gè)庫侖常數(shù)。這兩個(gè)定律看起來幾乎相同，但是靜電力既可以吸引也可以排斥，這取決于它們是異性電荷還是同性電荷。然而，引力總是只有吸引，因?yàn)槲覀儧]有見過負(fù)質(zhì)量。
如果有任何反引力物質(zhì)，它就會(huì)立刻被我們星球排斥，所以也許在我們這里看不到任何反引力物質(zhì)并不奇怪。但它可能出現(xiàn)在宇宙的某個(gè)地方，為什么物理學(xué)家不尋找它呢？你可能聽過物理學(xué)家提出過一個(gè)論點(diǎn)：負(fù)質(zhì)量是不可能存在的，因?yàn)檫@會(huì)使真空衰變。如果存在負(fù)質(zhì)量，那么負(fù)能量也會(huì)存在。如果我們有負(fù)能量，那么就可以從虛無中創(chuàng)造出具有負(fù)能量和正能量的粒子對(duì)，粒子對(duì)會(huì)自發(fā)地出現(xiàn)在我們周圍。這與我們對(duì)宇宙的觀測證據(jù)相沖突，因此具有負(fù)質(zhì)量的理論會(huì)預(yù)測宇宙不存在。
不幸的是，這個(gè)論點(diǎn)不起作用，因?yàn)樗煜瞬煌愋偷馁|(zhì)量。愛因斯坦的廣義相對(duì)論是基于等效原理，即引力質(zhì)量等于慣性質(zhì)量。引力質(zhì)量是出現(xiàn)在萬有引力當(dāng)中的質(zhì)量，而慣性質(zhì)量是抵抗加速度的質(zhì)量。如果我們有反引力物質(zhì)，可能只有它的引力質(zhì)量是負(fù)的，它的慣性質(zhì)量始終是正的。而且，由于慣性質(zhì)量的能量當(dāng)量通常是守恒的，所以不能憑空制造引力和反引力的粒子。
一些物理學(xué)家可能會(huì)爭辯說，不能使反引力與廣義相對(duì)論兼容，因?yàn)閻垡蛩固估碚撝械牧Ｗ訉⑹冀K遵循等效原理。當(dāng)然，我們不能照原樣在廣義相對(duì)論中做到這一點(diǎn)。但有物理學(xué)家寫了一篇論文，將廣義相對(duì)論擴(kuò)展到反引力物質(zhì)，給等價(jià)原理的引力質(zhì)量多加了一個(gè)絕對(duì)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(zhì)。反物質(zhì)＝反引力物質(zhì)？
許多人想知道，反物質(zhì)是不是反引力物質(zhì)？反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的，反粒子是具有與正常物質(zhì)慣性質(zhì)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?yàn)楫?dāng)它們與正常物質(zhì)接觸時(shí)會(huì)湮滅。而且，在由正常物質(zhì)構(gòu)成的世界中，反物質(zhì)很難避免與正常物質(zhì)接觸。科學(xué)家只是在宇宙射線或粒子對(duì)撞機(jī)中才能觀察到反物質(zhì)粒子的短暫存在。
我們周圍的反物質(zhì)如此之少，而且它存在的時(shí)間這么短，我們?cè)趺粗浪皇欠匆ξ镔|(zhì)呢？中子和質(zhì)子是由三個(gè)夸克所組成，其中還有一種粒子湯將夸克結(jié)合在一起。湯中的一些粒子是反粒子，它們無時(shí)無刻都在被創(chuàng)造和湮滅。因此，我們稱它們?yōu)樘摂M粒子，但它們?nèi)匀粚?duì)中子和質(zhì)子的引力質(zhì)量做出了巨大貢獻(xiàn)。這意味著，反物質(zhì)的引力質(zhì)量不能為負(fù)。
歐洲核子研究中心的三個(gè)實(shí)驗(yàn)正在測量反物質(zhì)的引力行為。目前，ALPHA實(shí)驗(yàn)已經(jīng)排除了反粒子具有負(fù)引力質(zhì)量，但前提是質(zhì)量的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于相應(yīng)的正常粒子的質(zhì)量。我不認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o我們帶來意料之外的驚喜，因?yàn)榉次镔|(zhì)不能反引力的理論論據(jù)是可靠的。
暗物質(zhì)=反引力物質(zhì)？
有些人認(rèn)為，反引力物質(zhì)與目前尚未清楚的暗物質(zhì)、暗能量有些相似。反引力物質(zhì)可以圍繞正常星系運(yùn)轉(zhuǎn)并產(chǎn)生斥力擠壓它們，這會(huì)產(chǎn)生一種看起來很像暗物質(zhì)的額外力。通常，我們觀察到的這些額外力被認(rèn)為是由星系內(nèi)部和周圍更多的正質(zhì)量引起的。內(nèi)部更多正質(zhì)量的吸引，還是外部負(fù)質(zhì)量的推入，都可以產(chǎn)生相同的暗物質(zhì)效果。
但是，這種想法是行不通的。星系并不會(huì)被反引力物質(zhì)所包圍，因?yàn)檫@樣的星系是不穩(wěn)定的。請(qǐng)記住，反引力物質(zhì)會(huì)像正常物質(zhì)一樣聚集在一起，它們不會(huì)包圍正常物質(zhì)的星系，相反它們會(huì)形成自己的星系。因此，對(duì)于星系來說，用反引力來解釋暗物質(zhì)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(rèn)為這與反引力有關(guān)。關(guān)鍵的是，反引力物質(zhì)仍然是物質(zhì)并且表現(xiàn)得像物質(zhì)，可是暗能量的行為并不像物質(zhì)。
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