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
短短33小时豪取9连胜!林诗栋累到瘫软依旧夺冠 王皓排三单后悔否?

短短33小时豪取9连胜!林诗栋累到瘫软依旧夺冠 王皓排三单后悔否?

颜小白的篮球梦
2026-09-26 19:36:00
正式下课?无缘亚运决赛,宫鲁鸣不再沉默,官宣决定,张子宇等到

正式下课?无缘亚运决赛,宫鲁鸣不再沉默,官宣决定,张子宇等到

喜欢体育的猫
2026-09-26 09:11:21
5.5米巨物杀到!尊界SUV实车曝光,百万级市场要变天

5.5米巨物杀到!尊界SUV实车曝光,百万级市场要变天

生活魔术专家
2026-09-26 05:13:19
狗的哪个部位最脆弱?训狗师傅告诉你:遇到恶犬扑来,千万别用脚踢,那样会让疯狗越咬越狠,记住以下几点,三两招就能制服疯狗!

狗的哪个部位最脆弱?训狗师傅告诉你:遇到恶犬扑来,千万别用脚踢,那样会让疯狗越咬越狠,记住以下几点,三两招就能制服疯狗!

扶苏聊历史
2026-09-11 16:53:42
岁月催老男神!吴彦祖中秋罕见全家福,妻女五官反差引热议

岁月催老男神!吴彦祖中秋罕见全家福,妻女五官反差引热议

内地那鱼线场
2026-09-26 19:33:08
2026年出生人口预测:老百姓对断绝香火危机的冷漠,官方看到都无奈

2026年出生人口预测:老百姓对断绝香火危机的冷漠,官方看到都无奈

非虚构人间
2026-09-11 01:40:57
月明照万家 同心共此时——全国各地群众欢度中秋

月明照万家 同心共此时——全国各地群众欢度中秋

新华社
2026-09-25 20:50:09
大量人造米流入市场,成本只要几毛钱?提醒:4种大米,真要少吃

大量人造米流入市场,成本只要几毛钱?提醒:4种大米,真要少吃

路医生健康科普
2026-09-26 10:35:03
再见,曼联!8500万“真核”决定转投米兰!顶级中锋+德甲飞翼来投

再见,曼联!8500万“真核”决定转投米兰!顶级中锋+德甲飞翼来投

头狼追球
2026-09-26 09:41:59
2999元 !苹果新品突然上架,9月24日 ,正式开售

2999元 !苹果新品突然上架,9月24日 ,正式开售

科技堡垒
2026-09-24 09:35:56
国际油价9月25日下跌

国际油价9月25日下跌

极目新闻
2026-09-26 09:00:23
陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

北海史记
2026-08-12 19:57:54
为啥很多孩子长大后不亲父母了?网友:很多不公平让孩子心寒,最后只会远离

为啥很多孩子长大后不亲父母了?网友:很多不公平让孩子心寒,最后只会远离

带你感受人间冷暖
2026-09-21 00:05:36
30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

三农雷哥
2026-09-05 12:16:13
盘点10大难吃淡水鱼,最好别钓到,下锅全家嫌弃,你吃过几种?

盘点10大难吃淡水鱼,最好别钓到,下锅全家嫌弃,你吃过几种?

解说阿洎
2026-09-26 13:07:50
马科斯心腹反水!告到最高院:参议院篡改宪法,14票定罪副总统

马科斯心腹反水!告到最高院:参议院篡改宪法,14票定罪副总统

精彩瞬间回顾
2026-09-26 11:57:11
越南政府的决议实际上就是要扼杀广西平陆运河出海口

越南政府的决议实际上就是要扼杀广西平陆运河出海口

安安说
2026-08-31 11:15:16
去年10月露面还精神矍铄!刘欢老师骤然离世,网传死因“腹泻引发心梗”

去年10月露面还精神矍铄!刘欢老师骤然离世,网传死因“腹泻引发心梗”

八卦宝宝
2026-09-26 11:32:31
再过俩月,一大部分人的存款即将归零

再过俩月,一大部分人的存款即将归零

十指说情
2026-09-26 09:47:02
中美这次的“八项成果”到底意味着什么

中美这次的“八项成果”到底意味着什么

江平舟
2026-09-26 20:12:56
2026-09-27 03:24:49
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

半月内他们相继离世 属于一代人的青春悄悄退场

头条要闻

半月内他们相继离世 属于一代人的青春悄悄退场

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

本地
亲子
健康
手机
公开课

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

亲子要闻

工程车小故事:倒车请注意

鼻子三角区的痘,千万别乱挤!

手机要闻

刚刚官宣就紧急撤销!华为Mate90发布会突然消失,但真机已泄漏!

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