具有负质量特性的物质

时空假想虫洞

在理论物理学中， 负质量是关于假设物质的概念，其质量与正常物质的质量具有相反的含义（就像电荷是正负一样）。 例如，-2千克。 这种物质（如果存在）将违反一个或多个能量条件，并表现出一些奇怪的特性。 根据一些推测理论，负质量物质可用于在时空中产生虫洞 （wormhole）。

这听起来像是绝对的科幻小说，但是现在，来自华盛顿大学，华盛顿大学，OIST大学（日本冲绳）和上海大学的一组物理学家设法获得了一种表现出假想负质量材料某些特性的物质。 例如，如果您推动这种物质，它将不会在施加力的方向上加速，而是朝相反的方向加速。 即，它在相反方向上加速。

为了产生具有负质量特性的物质，科学家通过将rub原子冷却至几乎绝对为零来制备Bose-Einstein缩合物。 在这种状态下，粒子运动非常缓慢，并且量子效应开始在宏观层面上显现出来。 也就是说，根据量子力学的原理，粒子开始表现得像波。 例如，它们彼此同步并流过毛细血管而没有摩擦，即没有损失能量-所谓的超流动性的影响 。

在华盛顿大学的实验室中，为形成小于0.001mm³的Bose-Einstein冷凝物创造了条件。 激光束将粒子放慢速度，等待直到它们中最有能量的粒子离开体积为止，从而进一步冷却了物料。 在这一阶段，超临界流体仍具有正质量。 如果容器不紧，,原子将向不同方向散射，因为中心原子会将外部原子向外推，并沿作用力方向加速。

为了产生负的有效质量，物理学家使用了一组不同的激光，从而改变了某些原子的自旋。 正如仿真所预测的那样，在容器的某些区域中，粒子必须获得负质量。 从模拟中物质密度随时间的急剧增加可以清楚地看出这一点（在下图中）。


图1.具有不同粘附力系数的玻色-爱因斯坦冷凝物的各向异性膨胀。 实验的实际结果以红色标记，模拟中的预测结果以黑色显示



底图是图1底行中中间框架的放大片段。

下图显示了动态不稳定性首次出现的区域中总密度随时间变化的一维模拟。 虚线将三组原子以速度分开 $$$v_g = E _ \ _ {'}（k）$ 准时 $$$k$有效质量在哪里 $$$m _ * ^ {-1} = E _ \ _ {''}（k）$ 开始变为负数（上一行）。 显示了最小负有效质量的点（中间）和质量返回正值的点（底线）。 红点表示局部准量在负有效质量区域内的位置。

在图表的第一行中，可以看出，在物理实验过程中，该物质的行为与模拟结果完全一致，从而预测了有效质量为负的颗粒的出现。

在玻色-爱因斯坦冷凝物中，粒子的行为类似于波浪，因此不会沿有效质量为正的普通粒子传播的方向传播。

公平地讲，必须说物理学家在实验过程中反复记录了负质量物质的性质得到的结果 ，但是这些实验可以用不同的方式来解释。 现在，不确定性已基本消除。

该科学文章于2017年4月10日发表在《 物理评论快报》上 （doi：10.1103 / PhysRevLett.118.155301，可通过订阅获得）。 文章的副本在发送到期刊之前已于2016年12月13日发布在arXiv.org的公共领域（arXiv：1612.04055）。