In der theoretischen Physik ist negative Masse ein hypothetisches Konzept der Sache, deren Masse vom entgegengesetzten Zeichen zur Masse der normalen Sache ist. Solche Sache würde eine oder mehr Energiebedingungen verletzen und einige fremde Eigenschaften zeigen, von der Zweideutigkeit betreffs stammend, ob sich Anziehungskraft beziehen sollte, um zu zwingen, oder die entgegengesetzt orientierte Beschleunigung für die negative Masse. Es wird in bestimmten spekulativen Theorien, solcher als auf dem Aufbau von Wurmlöchern verwendet. Der nächste bekannte echte Vertreter solcher exotischer Sache ist ein Gebiet der pseudonegativen durch die Wirkung von Casimir erzeugten Druck-Dichte.

Trägheits-gegen den Gravitations-

Die frühsten Verweisungen auf das negative Gewicht sind wegen der Beobachtung, dass Metalle Gewicht gewinnen, wenn sie in der Studie der phlogiston Theorie am Anfang der 1700er Jahre oxidieren.

Seitdem Newton zuerst seine Theorie des Ernstes formuliert hat, hat es mindestens drei begrifflich verschiedene Mengen genannt Masse gegeben: Trägheitsmasse, "aktive" Gravitationsmasse (d. h. die Quelle des Schwerefeldes), und "passive" Gravitationsmasse (d. h. die Masse, die von der Kraft offensichtlich ist, die in einem Schwerefeld erzeugt ist). Der Gleichwertigkeitsgrundsatz von Einstein verlangt, dass Trägheitsmasse passiver Gravitationsmasse gleichkommen muss; während das Gesetz der Bewahrung des Schwungs verlangt, dass aktive und passive Gravitationsmasse identisch ist. Alle experimentellen Beweise haben bis heute gefunden, dass das tatsächlich immer dasselbe ist. Im Betrachten hypothetischer Partikeln mit der negativen Masse ist es wichtig in Betracht zu ziehen, welches von diesen Konzepten der Masse negativ ist; jedoch, in den meisten Analysen der negativen Masse, wird es angenommen, dass der Gleichwertigkeitsgrundsatz und die Bewahrung des Schwungs fortsetzen zu gelten.

1957 hat Hermann Bondi in einer Zeitung in Rezensionen der Modernen Physik vorgeschlagen, dass Masse negativ sowie positiv sein könnte. Er hat darauf hingewiesen, dass das keinen logischen Widerspruch zur Folge hat, so lange alle drei Formen der Masse negativ sind, aber dass die Annahme der negativen Masse eine gegenintuitive Form der Bewegung einschließt.

Aus dem zweiten Gesetz des Newtons:

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So kann es gesehen werden, dass, wie man erwarten würde, sich ein Gegenstand mit der negativen Trägheitsmasse in der entgegengesetzten Richtung dazu beschleunigte, in dem es gestoßen wurde, der wohl ein fremdes Konzept ist. Es ist nützlich, Stoß und Ziehen für die Effekten auf Kräfte und Schwung zu verwenden und anzuziehen und für die Effekten auf Beschleunigungen und Geschwindigkeit zurückzutreiben.

Wenn der "Stoß" auf der elektromagnetischen Kraft basiert, würde das einfach bedeuten, dass sich die Masse in der entgegengesetzten Richtung beschleunigt als, was man gestützt auf seiner Anklage erwarten würde; zum Beispiel würde sich ein Gegenstand mit der negativen und positiven Trägheitsmassenanklage weg von Gegenständen mit der negativen Anklage beschleunigen, und sich zu Gegenständen mit der positiven Anklage, dem Gegenteil der normalen Regel beschleunigen, die wie Anklagen zurücktreiben, und entgegengesetzte Anklagen ziehen an.

Wenn man Trägheitsmasse, passive Gravitationsmasse und aktive Gravitationsmasse ausgesprochen behandeln sollte, dann würde das Newtonsche Gesetz der universalen Schwerkraft die Form annehmen

(wo der Beschleunigung eines Gegenstands mit der Trägheitsmasse und passiven Gravitationsmasse im Schwerefeld zu sein, das durch einen verschiedenen Gegenstand mit der aktiven Gravitationsmasse, mit r als die Entfernung zwischen den zwei Gegenständen und G als die Gravitationskonstante erzeugt ist)

So, wie man erwarten würde, wurden Gegenstände mit der negativen passiven Gravitationsmasse, aber mit der positiven Trägheitsmasse, durch positive aktive Massen zurückgetrieben, und von negativen aktiven Massen angezogen. Jedoch würde jeder Unterschied zwischen der Trägheits- und Gravitationsmasse den Gleichwertigkeitsgrundsatz der allgemeinen Relativität verletzen. Für einen Gegenstand, wo sowohl die Trägheits-als auch Gravitationsmassen negativ und gleich waren, konnten wir und von der Gleichung annullieren und beschließen, dass seine Beschleunigung im Schwerefeld von einem Körper mit der positiven aktiven Gravitationsmasse (sagen der Erdball), nicht von der Beschleunigung eines Gegenstands mit der positiven passiven Gravitations- und Trägheitsmasse verschieden sein würde (so würde ein kleiner negativer Massengegenstand zur Erde an derselben Rate wie jeder andere Gegenstand fallen).

Andererseits, wenn wir einen kleinen Gegenstand mit gleichen passiven und Trägheitsgravitationsmassen haben, die im Schwerefeld eines Gegenstands mit der negativen aktiven Gravitationsmasse fallen (eine kleine über einem Negativ-Massenplaneten fallen gelassene Masse, sagen Sie), dann annullierend, und würde anzeigen, dass die Beschleunigung des kleinen Gegenstands zur negativen aktiven Gravitationsmasse des Gegenstands proportional ist, der das Schwerefeld schafft, so würde sich der kleine Gegenstand wirklich weg vom Negativ-Massengegenstand aber nicht dazu beschleunigen (und das unabhängig davon wahr ist, ob die passiven und Trägheitsgravitationsmassen des kleinen Gegenstands beide positiv waren oder beide negativen). Also, so lange die Trägheits-Massen- und Gravitationsmasse sind immer, wie erforderlich, durch den Gleichwertigkeitsgrundsatz gleich, positive aktive Gravitationsmasse würde allgemein attraktiv sein (sowohl Negativ-Massen-als auch Positiv-Massengegenstände würde zu einem Gegenstand mit der positiven aktiven Gravitationsmasse gezogen), während negative aktive Gravitationsmasse allgemein abstoßend sein würde (sowohl Negativ-Massen-als auch Positiv-Massengegenstände, würde weggeschoben).

Die Analyse von Forward

Obwohl, wie man bekannt, keine Partikeln negative Masse haben, sind Physiker (in erster Linie Hermann Bondi und Robert L. Forward) im Stande gewesen, einige der vorausgesehenen Eigenschaften zu beschreiben, die solche Partikeln haben können. Wenn man annimmt, dass alle drei Konzepte der Masse gleichwertig sind, können die Gravitationswechselwirkungen zwischen Massen des willkürlichen Zeichens erforscht werden.

Für zwei positive Massen ändert sich nichts, und wir haben ein Ziehen auf einander, eine Anziehungskraft verursachend. Zwei negative Massen würden ein Ziehen auf einander erzeugen, aber würden wegen ihrer negativen Trägheitsmassen zurücktreiben. Für verschiedene Zeichen bekommen wir einen Stoß, der die positive Masse zurücktreibt, aber die negative Masse anzieht.

Bondi hat auf Gegenstände der gleichen und entgegengesetzten Masse hingewiesen das würde eine unveränderliche Beschleunigung des Systems zum positiven Massengegenstand erzeugen. Jedoch würden die Gesamtmasse, der Schwung und die Energie des Systems 0 bleiben.

Dieses Verhalten ist mit einer Annäherung des gesunden Menschenverstands und dem erwarteten Verhalten 'der normalen' Sache völlig inkonsequent; aber entspricht völlig mathematisch und führt keine Übertretung der Bewahrung des Schwungs oder der Energie ein. Wenn die Massen im Umfang gleich sind, aber gegenüber im Zeichen, dann bleibt der Schwung des Systems Null, wenn sie beide sich Reisen zusammen und zusammen, egal was ihre Geschwindigkeit beschleunigen:

Und gleichwertig für die kinetische Energie:

Schicken Sie nach hat die Analyse von Bondi zu zusätzlichen Fällen erweitert und hat gezeigt, dass, selbst wenn die zwei Massen M (-) und M (+) nicht dasselbe sind, die Bewahrungsgesetze ungebrochen bleiben. Das ist wahr, selbst wenn relativistische Effekten betrachtet werden, so lange Trägheitsmasse, nicht Masse ausruhen lassen, ist der Gravitationsmasse gleich.

Dieses Verhalten kann bizarre Ergebnisse erzeugen: Zum Beispiel wird ein Benzin, das eine Mischung von positiven und negativen Sache-Partikeln enthält, die positive Sache-Teil-Zunahme in der Temperatur ohne bestimmten haben. Jedoch gewinnt der negative Sache-Teil negative Temperatur an derselben Rate, wieder balancierend. Geoffrey A. Landis hat auf andere Implikationen der Analyse von Forward einschließlich der Anmerkung hingewiesen, dass, obwohl negative Massenpartikeln einander Gravitations-zurücktreiben würden, die elektrostatische Kraft für Mögen-Anklagen attraktiv und für entgegengesetzte Anklagen abstoßend sein würde.

Schicken Sie nach hat die Eigenschaften der Negativ-Massensache verwendet, den Diametric-Laufwerk, ein Design für den Raumfahrzeugantrieb mit der negativen Masse zu schaffen, die verlangt, dass kein Energieeingang und keine Reaktionsmasse willkürlich hohe Beschleunigung erreicht.

Vorwärts auch ins Leben gerufen ein Begriff, "Ungültigkeitserklärung", um zu beschreiben, was geschieht, wenn sich gewöhnliche Sache und negative Sache treffen: Wie man erwartet, sind sie zum "Aufheben" fähig oder "machen" jede Existenz eines anderen "ungültig". Eine Wechselwirkung zwischen gleichen Mengen der positiven und negativen Massensache würde keine Energie veröffentlichen, aber da die einzige Konfiguration solcher Partikeln, die Nullschwung hat (beide Partikeln, die sich mit derselben Geschwindigkeit in derselben Richtung bewegen), keine Kollision erzeugt, würden alle diese Wechselwirkungen einen Überschuss des Schwungs verlassen, der klassisch verboten wird.

Klassische Schwerefeld-Theorie

Im Elektromagnetismus kann man die Energiedichte eines Feldes aus dem Gesetz von Gauss ableiten, annehmend, dass die Locke des Feldes 0 ist. Das Durchführen derselben Berechnung mit dem Gesetz von Gauss für den Ernst erzeugt eine negative Energiedichte für ein Schwerefeld.

In der allgemeinen Relativität

In der allgemeinen Relativität wird negative Masse verallgemeinert, um sich auf jedes Gebiet des Raums zu beziehen, in dem für einige Beobachter die Massendichte gemessen wird, um negativ zu sein. Das kann wegen der negativen Masse vorkommen, oder konnte ein Gebiet des Raums sein, in dem der Betonungsbestandteil des Betonungsenergie-Tensor von Einstein im Umfang größer ist als die Massendichte. Alle von diesen sind Übertretungen von einer oder eine andere Variante der positiven Energiebedingung der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein; jedoch ist die positive Energiebedingung nicht eine erforderliche Bedingung für die mathematische Konsistenz der Theorie. (Verschiedene Versionen der positiven Energiebedingung, schwacher Energiebedingung, dominierender Energiebedingung werden usw. im mathematischen Detail von Visser besprochen.)

Morris, Thorne und Yurtsever haben darauf hingewiesen, dass die Quant-Mechanik der Wirkung von Casimir verwendet werden kann, um ein lokal massennegatives Gebiet der Raum-Zeit zu erzeugen. In diesem Artikel und nachfolgender Arbeit von anderen haben sie gezeigt, dass negative Sache verwendet werden konnte, um ein Wurmloch zu stabilisieren. Cramer u. a. behaupten Sie, dass solche Wurmlöcher im frühen Weltall geschaffen worden sein könnten, das durch Negativ-Massenschleifen der kosmischen Schnur stabilisiert ist. Stephen Hawking hat bewiesen, dass negative Energie eine notwendige Bedingung für die Entwicklung einer geschlossenen Zeitmäßigkurve durch die Manipulation von Schwerefeldern innerhalb eines begrenzten Gebiets des Raums ist; das beweist zum Beispiel, dass ein begrenzter Zylinder von Tipler als eine Zeitmaschine nicht verwendet werden kann.

Gravitationswechselwirkung der Antimaterie

Eigentlich vermutet jeder moderne Physiker, dass Antimaterie positive Masse hat und durch den Ernst gerade wie die normale Sache betroffen werden sollte, obwohl es gedacht wird, dass diese Ansicht noch nicht abschließend empirisch beobachtet worden ist. Es ist schwierig, Gravitationskräfte am Partikel-Niveau direkt zu beobachten: An solchen kleinen Skalen neigen elektrische Kräfte dazu, Gravitationswechselwirkungen besonders zu überwältigen, da die Methoden der Antimaterie-Produktion zurzeit im Gebrauch normalerweise sehr energische Partikeln erzeugen. Außerdem müssen Antiteilchen getrennt von ihren normalen Kollegen behalten werden, oder sie werden schnell vernichten. Es wird gehofft, dass die ATRAP Antimaterie-Experimente im Stande sein werden, direkte Maße zu machen.

Luftblase-Raum-Experimente werden häufig als Beweise zitiert, dass Antiteilchen dieselbe Trägheitsmasse wie ihre normalen Kollegen, aber ein geführtes elektrisches R-Gespräch haben. In diesen Experimenten wird der Raum einem unveränderlichen magnetischen Feld unterworfen, das beladene Partikeln veranlasst, in spiralenförmigen Pfaden zu reisen; der Radius, und dessen Richtung dem Verhältnis der elektrischen Anklage zur Trägheitsmasse entsprechen. Wie man sieht, reisen Paare des Partikel-Antiteilchens in helices mit entgegengesetzten Richtungen, aber identische Radien, andeutend, dass sich die Verhältnisse nur im Zeichen unterscheiden; aber das zeigt nicht an, ob es die Anklage oder die Trägheitsmasse ist, die umgekehrt wird. Jedoch, wie man beobachtet, ziehen Paare des Partikel-Antiteilchens einander häufig als die Einleitung zur Vernichtung elektrisch an. Dieses Verhalten deutet an, dass sowohl positive Trägheitsmasse als auch entgegengesetzte Anklagen haben Sie; wenn die Rückseite wahr wäre, dann würde die Partikel mit der positiven Trägheitsmasse von seinem Antiteilchen-Partner zurückgetrieben.