Может ли гипотетически существовать вещество с отрицательной массой? Как будет оно взаимодействовать с полем Земли?

285
2
0
25 августа
00:25
август
2015

Масса - понятие двойственное. Во-первых, cуществует инерциальная масса, та, что входит в простейшее уравнение для второго закона Ньютона: a=F/m. Здесь m - мера инертности тела, то есть чем она больше, тем более тело инертно, тем большую силу нужно приложить, чтобы тело получило нужное ускорение. Если вообразить себе эту массу отрицательной, то получится тело, которое, когда вы тянете его к себе, получает ускорение в противоположную сторону. Имеем явный абсурд, несложно вообразить мысленный эксперимент, в котором такое тело нарушает закон сохранения энергии и прочие основополагающие законы, так что здесь провал.

Другая масса в физике - масса гравитационная, та, что входит в уравнение для силы тяготения: F=G*(m1*m2)/(r^2). Не могу точно сказать, из каких экспериментов это следует, так как не разбираюсь в вопросе подробно, но на данный момент с огромной точностью установлено, что инерциальная и гравитационная массы равны, то есть можно принять существование некоторой общей массы, которая входит в оба уравнения. Предположив, что эти массы все же суть разные величины и могут различаться, можно представить себе тело с отрицательной гравитационной массой - оно будет отталкиваться от всех тел и отталкивать их от себя также, как другие тела притягивают. Впрочем, учитывая, что разница между гравитационной и инерциальной массой не превышает некоторой очень малой величины (та самая точность), а также тот факт, что инерциальная масса больше нуля, получим, что даже если существует гравитационная масса меньше нуля, она очень мала по модулю и смею предположить, что никакой катастрофы во вселенной такое тело не произведет.

2
0
июль
2016

Не может, и в принципе легко понять какие проблемы сразу возникнут. Есть закон сохранения импульса m1*v1+m2*v2=P=const. И все взаимодействия его преданно соблюдают. Но если m2, например, отрицательна, то в рамках классической физики, скорости этих двух частиц можно бесконечно увеличивать |m1|*v1-|m2|*v2=const. Например в с помощью гравитации. Сила притяжения F=G*m1*m2/r^2, получится что если m2<0, то сила отрицательна. Тогда обычную массу m1 масса m2 будет отталкивать (a1=F1/m1), но тело с массой m2 будет ускоряться по направлению m1, ведь компонента силы F действующая на m2 направленна от m1, и масса m2 отрицательна. Получается что ускорение a2=F/m2 направлено к массе m1. Получается такой бесконечный разгоняющий паровозик, m1 отталкивается от m2 и летит прочь, а m2 притягивается к m1 и летит за ней. И это, как я уже показал, не противоречит ни закону сохранения импульса, ни закону сохранения энергии (ведь кинетическая энергия тела с отрицательной массой всегда отрицательна). То же будет и с Землей и отрицательной массой, гравитации все равно Земля у вас или не Земля.

Аналогично будет и в теории относительности. Там с помощью отрицательной массы можно будет собрать варп-двигатель как в Стар Треке или пузырь Алькубьерре.

Поскольку в общей теории относительности гравитация есть проявление искривления пространства-времени, дополнительных патологий отрицательная масса принесет кучу. Типа дыр в пространстве, зацикленного времени для некоторых наблюдателей (это значит что пролетев какой-то путь наблюдатель вернется в ту же точку пространства-времени и встретит себя в прошлом) и прочее. А в квантовой теории частицы с отрицательной массой могут и будут неограниченно рождаться из вакуума вместе с обычными частицами снова и снова. Но в природе даже обычные частицы из ниоткуда же не рождаются. Короче, если ввести в теорию чистую саму по себе отрицательную массу, физика сломается. Так что даже гипотетически нет.

1
0
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта