负质量可能不会违背爱因斯坦的理论

一项新研究表明，具有负质量的物质实际上可能存在于早期宇宙中，这似乎是不可能的。

蒙特利尔大学物理学家 Manu Paranjape 和 Saoussen Mbarek 表示，爱因斯坦引力方程的全新解允许负质量在像我们这样的快速膨胀宇宙中存在报告11 月 14 日物理评论D。

尽管这项研究并不能证明这种奇异粒子曾经漂浮在宇宙中，但它表明负质量可能在宇宙大爆炸后宇宙膨胀的膨胀时期发挥了重要作用。

几十年来，物理学家一直在讨论负质量的可能性。如果存在负质量粒子，它们会加速向推动它们的人移动，并且它们会通过引力排斥所有其他物质（SN 在线：9/22/13）不幸的是，对于奇异物质的爱好者来说，之前的研究表明，这种粒子的存在会违反广义相对论（爱因斯坦的引力理论）的某些规则。

但帕兰加佩注意到，这些分析没有考虑到宇宙正在以指数级增长的速度膨胀这一事实。因此，帕兰加佩和姆巴雷克探索了在类似我们自己的宇宙的模拟中存在负质量的可能性。

他们的研究主要包括将数值代入爱因斯坦的相对论方程——没有尝试通过实验产生或观察负质量粒子——但数学可以非常有力地表明宇宙中的可能性（SN：7/28/12，第 28 页)。Paranjape 和 Mbarek 发现，在膨胀率呈指数增长的时空片上，广义相对论允许负质量的存在。

他们发现，在某些条件下，空间中会出现一些区域，它们的行为类似于负质量粒子，至少对于该区域外的观察者来说是这样。帕兰加佩说，这些负质量气泡的存在与宇宙常数的强度有关，宇宙常数描述了空间真空中的内在排斥力，推动了时空的加速膨胀。

“这是一个有趣的结果，”北卡罗来纳大学教堂山分校的物理学家理查德·哈蒙德说。他强调，这篇论文表明负质量物体可以存在，但并不是说它们确实存在。斯德哥尔摩北欧理论物理研究所的理论物理学家萨宾·霍森费尔德说，帕兰加佩和姆巴雷克仍然必须提出一种合理而稳定的机制来实际产生负质量粒子。帕兰加佩说他现在正在研究这个问题。

与此同时，帕兰加佩忍不住猜测负物质可能对宇宙历史产生的影响。他对膨胀时期特别感兴趣——这是一个神秘而短暂的时期，发生在大爆炸后不到一秒，宇宙体积增加了几十倍。帕兰加佩发现的宇宙常数和负质量之间的联系表明，物理学家需要考虑负质量粒子在膨胀期间对失控膨胀的可能贡献，他说。

Paranjape 想要研究早期宇宙中是否可能存在一种由正质量和负质量粒子组成的等离子体。他说，那将是一种非常奇怪的宇宙混合物，因为正质量会吸引一切，而负质量会排斥一切。然而，等离子体肯定会对宇宙的演化产生影响，而且它几乎肯定会影响 BICEP2 等实验正在寻找的膨胀观测特征（SN：10/18/14，第 7 页）。

尽管霍森费尔德对这项研究持保留态度，但她同意帕兰加佩的直觉，即负质量可能在早期宇宙中发挥了关键作用。她说：“在我看来，负质量与宇宙演化的相关性迄今为止尚未得到应有的重视。这是一个很有前途的研究方向。”