負質量可能無法挑戰愛因斯坦

一項新的研究表明，看似不可能的負質量物質實際上可能存在於早期宇宙中。

蒙特利爾大學的物理學家 Manu Paranjape 和 Saoussen Mbarek 提出了愛因斯坦引力方程的一種新穎解法，允許在像我們這樣的快速膨脹宇宙中存在負質量報告11 月 14 日於物理評論D。

儘管這項研究並沒有證明這種奇異粒子曾經漂浮在宇宙周圍，但它表明負質量可能在膨脹時代發揮了重要作用，當時宇宙在大爆炸後尺寸膨脹。

幾十年來，物理學家一直在討論負質量的可能性。 如果負質量粒子存在，它們會向推動它們的人加速，並且它們會透過引力排斥所有其他物質（SN 線上：2013 年 9 月 22 日）。 不幸的是，對於奇異物質的愛好者來說，先前的研究表明，這類粒子的存在將違反廣義相對論（愛因斯坦的引力理論）的一些規則。

但帕蘭賈普注意到，這些分析沒有考慮到宇宙正在以指數級增長的速度膨脹這一事實。 因此，Paranjape 和 Mbarek 在模擬我們這樣的宇宙時探索了負質量的可能性。

他們的研究主要包括將數值代入愛因斯坦的相對論方程式——沒有嘗試透過實驗產生或觀察負質量粒子——但數學可以成為宇宙中可能性的一個非常強大的指標（SN：2012 年 7 月 28 日，第 14 頁 28）。 帕蘭賈普和姆巴雷克發現，在膨脹率呈指數增長的時空片上，廣義相對論允許負質量的存在。

他們發現，在某些條件下，空間區域會出現類似負質量粒子的現象，至少對於該區域之外的觀察者來說是如此。 帕蘭賈普說，這些負質量氣泡的存在與宇宙常數的強度有關，而宇宙常數描述了空間真空中驅動時空加速膨脹的內在排斥力。

「這是一個有趣的結果，」北卡羅來納大學教堂山分校的物理學家理查德·哈蒙德說。 他強調，這篇論文顯示負質量物體可以存在，而不是它們確實存在。 斯德哥爾摩北歐理論物理研究所的理論物理學家 Sabine Hossenfelder 表示，Paranjape 和 Mbarek 仍然必須提出一種合理且穩定的機制來實際產生負質量粒子。 帕蘭賈普說他現在正在研究這個問題。

同時，帕蘭賈普忍不住猜測負物質可能對宇宙歷史的影響。 他對暴脹時期特別感興趣——這是一個神秘而短暫的時期，發生在大爆炸之後不到一秒，當時宇宙的體積翻了數十倍。 帕蘭賈普發現宇宙常數和負質量之間的聯繫表明，物理學家需要考慮負質量粒子對暴脹期間失控膨脹的可能貢獻，他說。

帕蘭賈普想要研究極早期宇宙包含具有正質量和負質量的粒子等離子體的可能性。 他說，這將是一種非常奇怪的宇宙湯，因為正質量透過引力吸引一切，而負質量則排斥一切。 然而，等離子體肯定會對宇宙的演化產生影響，幾乎肯定會影響 BICEP2 等實驗正在尋找的膨脹觀測特徵（SN：2014 年 10 月 18 日，第 14 頁 7）。

儘管霍森菲爾德對這項研究持保留態度，但她同意帕蘭賈普的直覺，即負質量可能在早期宇宙中發揮了關鍵作用。 她說，負質量與宇宙演化的相關性「在我看來到目前為止還沒有得到應有的關注」。 “這是一個有前途的研究方向。”