物理學家造出「負質量」的流體!

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我的天呀!

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美國的研究人員表示,他們在實驗室裡創造出一種具有負質量的液體,聽起來實在很離奇古怪。

這意味著,不像其他每一樣相當了解的自然物體,當您推這種流體時,它會向後加速而不是向前移動。這樣怪異的事物,可能告訴科學家一些有關發生在黑洞和中子星內的奇怪行為。

Post - July 2014 (15) - 1

但讓我們在這裡稍微後退一下,因為怎麼會有東西是負質量呢?

假設來說,相同的方式電荷可以是負電或正電,那麼物質就應該能夠具有負質量。

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但在科學世界裡,仍然爭議著是否負質量的物體真的能夠存在,而不會違反物理學定律。進行中的論文,無助於這個對於我們人類來說是很難理解的觀念。

牛頓第二運動定律通常寫為公式f=ma,或是力等於物體的質量乘以它的加速度。

如果我們重寫這個公式為加速度等於力除以物體的質量,並使質量為負,它就會有負的加速度。正好想像在桌上要滑動一片玻璃,但它卻被推回到你的手上。

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然而,只是因為它似乎對我們來說很陌生,並不意味著它是不可能,而且以前的理論研究顯示一些早期證據,負質量可能存在於宇宙中,而不會違反廣義相對論。

不僅如此,許多物理學家認為負質量可能與我們在宇宙發現的一些怪異事物有關,像是暗能量黑洞中子星

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因此,研究人員在實驗室裡一直積極嘗試再創造出負質量,並取得一些初步成功。

但現在,來自華盛頓州立大學(Washington State University)的研究人員表示,他們成功地設法讓超寒原子(superchilled atom)液體表現得彷彿具有負質量,並且認為它最終可以被用來研究在深層宇宙中發生的一些更奇怪的現象。

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研究人員之一的Michael Forbes說:「首先是對這種負質量本質的敏銳控制,沒有任何其他的困難。」

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為了創造出這種奇怪的液體,這個團隊使用雷射來把銣(rubidium)原子冷卻到高於絕對零度一點點,產生所謂的玻色-愛因斯坦凝態(Bose-Einstein condensate)

在這種狀態下,粒子移動非常緩慢,並遵循量子力學的奇怪原理,而不是古典物理學。這意味著它們開始表現得像波一樣,無法被精確定位出位置來。

這些粒子也同步並行動一致,形成所謂的超流體(superfluid)。超流體是一種物質,流動時不會因為摩擦而損失能量。

這個團隊使用雷射將這種超流體維持在冰冷的溫度,而且還把它困在直徑小於1百微米的碗狀場中。

雖然超流體仍然包含在那個空間裡,但它具有正常的質量,就玻色-愛因斯坦凝態而言,是非常正常的。但然後,這個團隊強迫超流體逃逸。

使用第2組雷射,他們來回踢著原子來改變它們的旋轉,打破這個「碗」,使得銣能夠如此快速衝出來,表現得彷彿具有負質量。

Forbes說:「一旦你推,它會加速向後,看起來像是銣撞到一個看不見的牆。」

到目前為止,這些研究人員聲明負質量流體證實其他團隊在他們的研究中所看到的,但那是非常初期。

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還有待觀察這個逃逸的超流體是否足夠可靠和準確來測試一些關於在實驗室負質量的奇怪建議,而在我們太激動之前,其他團隊需要獨立複製這些結果。

但這項研究現在發表在同行評議的物理評論通訊期刊(Physical Review Letters),讓任何人來嘗試。因此,希望在不久之後,我們可以看到實驗重現。

有一件事是肯定的,物理學正不斷地越來越怪異,而我們相當興奮來看接下來會發生什麼事。

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「語音合成由賽微科技提供」

來源:Science Alert