我们所知道的宏观世界是由牛顿的运动定律和重力定律所支配的——上升的规律,必须下降。
但哥伦比亚大学的一组物理学家提出了一篇理论论文,颠覆了这一观点。他们说,实际上可能存在质量为负的粒子——在重力作用下,它们向上而不是向下运动——它们就在我们周围。
根据他们的论文,并不是任何奇怪的亚原子粒子具有这些特性,而是我们每天听到和产生的声音粒子——声子——反抗重力。
到目前为止,很奇怪,对吧?毕竟,声音甚至不是一个物理物体,那么重力如何对它产生影响呢?
这一悖论是新假说的核心——研究人员说,如果声波确实携带了质量呢?负质量。负质量产生了它自己的小的负引力场把它们向上推而不是向下。
这听起来很疯狂,但这里有三件事要记住。
首先,也是最重要的一点,这篇论文纯粹是理论上的——这意味着研究人员仅仅提出了一个假设,并根据我们对世界词汇的认识进行了一些详细的计算,并表明,在理论上,这可能是真的。
这并不是说他们已经发现了任何物理证据,声波携带负质量,他们只是简单地表明,如果是这样的话,它不会破坏物理上的任何东西。
第二个限定条件是,论文只是在同行评审之前在预印本网站arXiv上发表。所以我们需要看到这些数字的独立验证,否则我们就会忘乎所以。
记住前两件事,你需要知道的第三件事是这个想法其实并不疯狂。
不,真的。请原谅我们,因为在这个假设中有一些逻辑先例。
首先,我们知道负质量粒子是存在的——它们确实会朝着与你预期相反的方向运动。
就在去年,研究人员首次在实验室中创造了负质量流体,当推动时,它是向后而不是向前加速。
负质量粒子可能是实数。但是声波实际上不是粒子,对吧?
声波在物质中传播,在物质周围的分子中引起振动,从而使振动传递下去,冲击我们的耳膜,这样我们就能听到。
但尽管它们不是传统意义上的粒子,声波在数学上可以描述为粒子,称为声子。
尽管如此,以前人们认为这些声子不会受到重力的影响——或者对重力有影响——因为它们不携带质量。
但该研究小组负责人阿尔贝托·尼科利斯(Alberto Nicolis)在5月份发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的早期研究提供了一些实验证据,证明情况可能并非如此——至少在极端条件下不会如此。
这项实验是在零温度的超流体中进行的,超流体是一种奇怪的流体,在接近绝对零度的温度下完全没有阻力地流动。
在这种情况下,尼科利斯和他的团队报告说,他们看到声子的轨迹向上弯曲,似乎与重力的影响相反。
“在引力场中,声子会向相反的方向缓慢加速,就像砖头会掉下来一样,”研究小组成员之一拉斐尔·克里切夫斯基(Rafael Krichevsky)说。
这种影响太小,无法用现有技术来衡量,而且对于这一轨迹还有其他与重力无关的潜在解释。
但是Nicolis的最新论文建立在声子产生某种负引力场的观点上。
他们提出“声子的(微小的)有效引力质量产生(微小的)引力场”。这个引力场的源和声子一起传播,”研究小组在arXiv上写道。
“因此,在非常物理的意义上,声子携带(负)质量。”
现在,我们不打算进行所有的计算,因为它们非常激烈(你可以在论文中读到所有关于它们的内容)。
简而言之,研究小组能够从数学上证明经典声波可以携带质量——不仅在超流体或量子世界,而且在现实世界中也是如此。
“我们证明了,与人们普遍认为的相反,声波携带着重力质量,在牛顿的标准意义上:它们受到重力的影响,但它们也是重力的来源,”研究小组总结道。
他们还概述了我们可以通过实验来验证这个想法的方法。
这很重要,不仅因为它可以改变我们对声波的基本理解我们周围的世界一直存在的声波。
但也因为这种效应可能会影响宇宙中其他物体的行为——比如中子星,它的核心密度极高,声波的传播速度接近光速。
需要进行更多的研究,但这绝对是一个有趣的假设。
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