网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

负质量天体真的存在?最新研究:广义相对论框架下的“有效负质量”新范式

0
分享至

在理论物理学与天体物理学的交界处,“负质量”长期以来被视为一种近乎科幻的假想概念。在标准量子场论和广义相对论中,引入具有负惯性质量或负引力质量的绝对基本粒子通常会导致极其严重的理论灾难:量子态中出现“鬼场”(Ghosts)引发真空不稳定性,或者在经典力学中导致正负质量相互追逐、能量无限增加的“失控加速效应”(Runaway Effect)。

然而,由著名理论物理学家Shin'ichi Nojiri、S. D. Odintsov等人在 2026 年合作发表于Physics of the Dark Universe的论文《May negative mass objects exist in the sky?》,通过一种全新的视角重新审视了这一难题。

论文的核心思想在于:我们并不需要寻找“绝对的”负质量基本粒子;在广义相对论与修正引力理论的有效场论框架下,各向异性流体与局域引力的相互作用完全可以自洽地创生出“有效负质量天体”(Effective Negative Mass Objects, NMOs)。



一、 核心物理图像:水中的气泡与有效负质量

为了克服基本负质量粒子的“鬼场”危机,作者在论文中给出了一个生动的类比:水中的气泡。

在重力场中,水分子全部具有正质量,受重力向下坠落。然而,当你观察水中的气泡时,气泡的受力和运动行为(向上浮起、排开周围液体)完全就像一个具有“负质量”的实体。水-气泡系统中并不存在破坏基本物理规律的量子鬼场,但其涌现出的动力学行为却展现出有效负质量特征。

在宇宙学尺度上,宇宙学常数和具有负压强的暗能量流体就扮演着类似“水”的角色。论文表明,当一个紧致的正质量天体(如致密星或黑hole残骸)浸泡在具有负压强和负宇宙学常数(Λ < 0)的宇宙学背景流体中时,系统会发生如下演化:

  1. 压强梯度与引力的博弈:正质量天体的引力试图吸引周围流体,但负压强流体的压强梯度力会产生向外的排斥效应。
  2. 流体被“推开”:在特定参数下,压强梯度力战胜引力,正质量天体将周围的宇宙流体向外推开,在其四周形成一个负能量密度占主导的局域空腔。
  3. 总质量翻转:如果被排开的流体所对应的有效负能量总和,在数值上超过了中心正质量天体自身的质量,那么对于远处的观察者而言,该复合系统在远距离渐近时域所展现出的总有效质量将严格为负值。

这种机制完美回避了基本负质量粒子的真空不稳定性问题,成功在标准爱因斯坦引力方程(以及标量-高斯-博内等修正引力理论)的框架内得到了自洽的解。

二、 动力学奇观:正负质量的束缚态

在牛顿引力的传统观念中,正质量M+吸引负质量M-,而负质量M-排斥正质量M+。这会导致M-追赶M+,两者在同一方向无限加速的失控现象。

论文对 NMO 周围的光子与有质量粒子的测地线进行了详细分析,得出了几个突破直觉的动力学结论:

  1. 反引力场中的有效势:NMO 在其周围时空塑造了一个排斥性的引力势。对于入射的粒子或光子,NMO 表现出强烈的反散射效应(凹透镜效应)。
  2. “正-负”束缚系统的存在性:论文明确证明,在广义相对论的非线性时空弯曲下,即使正质量物体受到 NMO 的排斥力,正质量天体与负质量天体依然能够形成稳定的双星或多体束缚系统。这是因为弯曲时空中的向心加速度与有效势阱在特定半径处达到了非线性平衡,打破了简单牛顿力学中的失控逃逸命题。

三、 天体物理观测效应与寻踪指南

如果这类“有效负质量天体”确实散布在宇宙深空,天文观测将如何捕捉它们的踪迹?论文给出了具体的观测信号预测:

1. 独特的微引力透镜反向特征

正质量天体做引力透镜时,会弯曲光线形成汇聚(凸透镜),导致背景恒星的光变曲线呈现出对称的放大双峰或单峰闪烁。

相比之下,NMO 作为“凹透镜”,会向外推开背景恒星的光线。当 NMO 穿越背景恒星视线前方时,观测者将看到背景恒星的光强暂时下降(暗化,Dip),随后恢复,形成特征性的“引力暗化光变曲线”。

2. 引力波辐射与轨道的特殊演化

在正-负质量天体构成的双星系统中,其引力波辐射的相位与频率演化将展现出与普通双黑洞/双中子星碰撞截然相反的特征。某些情况下,轨道能量的损耗方式与有效质量的负符号结合,可能导致特殊的轨道漂移信号,成为 LIGO/Virgo/KAGRA 或未来 LISA 探测到的特殊波形。

3. 宇宙学尺度上的非均匀演化

论文还讨论了更极端的推演——“非平凡零质量天体”。当局域正质量与排开的负能量流体质量完全相等时,系统的总质量为零,但在局域依然保持强烈的时空弯曲。此类天体不参与大尺度引力坍缩,却可以在暗物质分布与宇宙大尺度结构的微观涨落中留下特殊的印记。

四、 总结

Nojiri 与 Odintsov 等人的这篇论文,其核心价值在于打破了物理学界长期以来对“负质量”概念的偏见与禁忌。它证明了,在包含各向异性流体、负压强介质或标量场耦合的真实/修正宇宙学背景中,负质量天体完全可以作为一种有效场论解自然涌现。

这不仅为暗能量与局域天体物理相互作用的研究开辟了新途径,也为未来在微引力透镜巡天、深空光变监视以及引力波信号检索中寻找“反引力天体”提供了坚实的理论依据。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
连某明(男,44岁)前往卫生间途中出事,当场宣告死亡,官方公布事故报告

连某明(男,44岁)前往卫生间途中出事,当场宣告死亡,官方公布事故报告

南方都市报
2026-09-26 20:33:23
13亿没白交:保变被印度掏空技术扫地出门,如今新规焊死技术闸门

13亿没白交:保变被印度掏空技术扫地出门,如今新规焊死技术闸门

无情有思ss
2026-08-19 06:21:47
亚运会乒乓:女单半决赛对阵出炉,王曼昱强势横扫,孙颖莎苦战

亚运会乒乓:女单半决赛对阵出炉,王曼昱强势横扫,孙颖莎苦战

吱吱解说
2026-09-26 16:34:15
太突然!63岁刘欢离世:独女刚结婚、双亲离世,苦战不死癌症多年

太突然!63岁刘欢离世:独女刚结婚、双亲离世,苦战不死癌症多年

翰飞观事
2026-09-26 22:02:43
伊朗总统当场回应440公斤浓缩铀下落

伊朗总统当场回应440公斤浓缩铀下落

娱乐圈的笔娱君
2026-09-26 08:02:42
我国著名歌唱家刘欢老师病逝

我国著名歌唱家刘欢老师病逝

每日经济新闻
2026-09-26 10:26:30
一边金牌赢断层,一边金牌零收获

一边金牌赢断层,一边金牌零收获

谭浩俊
2026-09-26 20:23:54
陈冠希吴彦祖余文乐皆显老,唯有46岁的他,状态宛如26岁少年

陈冠希吴彦祖余文乐皆显老,唯有46岁的他,状态宛如26岁少年

老娱记啊
2026-09-19 14:55:02
惊人预言:到 2030 年的中国房价,很大可能是这样的,大家要有准

惊人预言:到 2030 年的中国房价,很大可能是这样的,大家要有准

兵鉴史
2026-09-26 17:45:11
多名演员发文抵制,业内人士:很悲哀,收入猛降八成,几乎成“免费劳动力”

多名演员发文抵制,业内人士:很悲哀,收入猛降八成,几乎成“免费劳动力”

上海约饭局
2026-07-05 15:23:20
当着中方代表面!巴总统联大摊牌:拒台海中立,叫嚣推台当局入联

当着中方代表面!巴总统联大摊牌:拒台海中立,叫嚣推台当局入联

军情观察家
2026-09-25 17:17:50
宫鲁鸣承认没完成夺冠任务,避谈揽责,杨舒予赛后这番话太敢说了

宫鲁鸣承认没完成夺冠任务,避谈揽责,杨舒予赛后这番话太敢说了

萌兰聊个球
2026-09-26 19:51:26
以色列4500名流浪汉躺街头,不信医院和政府,却因一杯果汁破防

以色列4500名流浪汉躺街头,不信医院和政府,却因一杯果汁破防

究竟谁主沉浮
2026-09-26 22:45:42
该来的终于来了!菲律宾强闯仁爱礁后,被眼前这一幕直接吓傻眼了

该来的终于来了!菲律宾强闯仁爱礁后,被眼前这一幕直接吓傻眼了

共工之锚
2026-09-26 00:17:02
没想到中国最大敌人,不是美日两国,是披着漂亮外衣的“自己人”

没想到中国最大敌人,不是美日两国,是披着漂亮外衣的“自己人”

冰语历史
2026-09-26 13:56:01
3-0横扫!4强名单出炉!亚运会乒乓球:国乒占2席,林诗栋男双大获全胜,19岁温瑞博再碰张本智和盼复仇

3-0横扫!4强名单出炉!亚运会乒乓球:国乒占2席,林诗栋男双大获全胜,19岁温瑞博再碰张本智和盼复仇

小七说篮球
2026-09-26 17:49:41
刘恺威女儿站上模联舞台,普通家庭养娃另有方向

刘恺威女儿站上模联舞台,普通家庭养娃另有方向

优墨出品
2026-09-20 16:23:02
“穷人才会这样过生日!”19岁男生廉价礼物,让父母看清了现实

“穷人才会这样过生日!”19岁男生廉价礼物,让父母看清了现实

熙熙说教
2026-07-16 19:09:49
估值10000亿,半导体超级IPO要来了?

估值10000亿,半导体超级IPO要来了?

华尔街见闻官方
2026-09-26 15:41:20
曝董卿节目取消原因!主办方说她影响节目形象,董卿连夜落寞离京

曝董卿节目取消原因!主办方说她影响节目形象,董卿连夜落寞离京

不似少年游
2026-09-26 22:00:03
2026-09-26 23:19:00
万象经验 incentive-icons
万象经验
专注科普
1518文章数 805关注度
往期回顾 全部

头条要闻

刘欢曾是多位音乐人伯乐:曾为赵雷推杆为吉克隽逸转身

头条要闻

刘欢曾是多位音乐人伯乐:曾为赵雷推杆为吉克隽逸转身

体育要闻

奇迹之子,亚运七金王,张展硕的19岁秋天

娱乐要闻

刘欢离世前疑已有预感 默默提前告别

财经要闻

盖茨:AI已强大到足以造成"10亿人死亡"

科技要闻

拖了近10年,特斯拉Semi终于量产!

汽车要闻

MAZDA EZ-60激光版上市 焕新全系11.39万元起

态度原创

艺术
家居
游戏
本地
公开课

艺术要闻

雷诺阿头像肖像|印象派最温柔的人间柔光

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

巫师3重制已经有博主可以玩了!9.29上线 正体验光追

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版