反重力是真的嗎？實驗證實科學家或許即將給出答案

(按照廣義相對論的理論，由物質質量分布狀況決定的時空曲率產生了引力。反物質質量與重力場中的物質質量表現是否相同，這需要實驗證實。)

網易科技訊10月29日消息，福布斯雜志日前在刊登的《反重力是真的嗎?科學家即將給出答案》一文中指出，對反物質的研究或許會給我們打開一扇新世界的大門。

以下是這篇文章內容：

自然界中，每個粒子都遵循相同的規則，經歷同樣的力，并且感受著相同的基本常量。而宇宙中的每一個實體也都受到地球引力的影響，有些時候用重力加速度來描述，有些時候用時空曲率來說明。

光子和正常的、穩定的粒子，在重力場中都會像預期那樣下落，地球會導致任何有質量的粒子以9.8m/s的加速度向地球方向中心運動。但是，我們從未測量過反物質的引力加速度。一項實驗正試圖確定這件事情，這或許將成為一場科技革命的關鍵點。

(ALPHA實驗中反氫原子的軌跡。我們現在可以讓它們一次穩定20分鐘，下一個邏輯步驟是測量它們在重力場中的行為。)

對于質量有兩種完全不同的思考方式。一種質量是慣性質量，當你對質量物體施加力時，它就會加速，這就是眾所周知的牛頓第二定律F=ma描述的內容。另一種質量是引力質量，這里的質量m出現在地球表面重力公式(w=mg)或牛頓引力定律公式F=GmM/r2中。對于正常物質，慣性質量和引力質量是相等的。

(牛頓萬有引力定律(L)和庫侖靜電學定律(R)具有幾乎相同的形式。)

然而，對于反物質來說，我們根本無法進行測量。我們對反物質施加了非引力，看到它加速，它和正常物質的慣性質量完全一樣。F=ma和E=mc2既適用于反物質也適用于正常物質。

但是，如果我們想知道反物質的引力行為，不能僅僅停留在理論上的預期，必須進行實驗測量。幸運的是，現在有一項實驗正是為了做到這一點而設計的：歐洲粒子物理研究所(CERN)的ALPHA實驗。

(ALPHA是測量重力場中中性反物質行為的最接近的實驗，ALPHA-g探測器可能幫助我們揭曉答案。)

反質子和正電子(反電子)能夠被創造，被減速，并且迫使他們相互作用，形成中性反氫原子。利用電場和磁場的組合，我們可以限制這些反原子，使它們保持穩定，遠離導致它們消失的物質。

我們成功地讓它們一次穩定了大約20分鐘，遠遠超過了不穩定的基本粒子存在的微秒時間。我們用光子撞擊它們時發現，它們與原子具有相同的發射光譜和吸收光譜。重要的是，我們已經確定反物質的性質和標準物理預測的完全一樣。

(加拿大國家粒子與核物理實驗室TRIUMF制造的ALPHA-g探測器，是首個設計用來測量重力對反物質影響的探測設備。當垂直定向時，它能夠測量反物質下落的方向和程度。)

當然，除了重力。新的ALPHA-g探測器由加拿大國家粒子與核物理實驗室TRIUMF制造，并于今年運至歐洲粒子物理研究所(CERN)。該探測器將把反物質引力加速度的限制提高到臨界閾值。在地球表面引力場存在的情況下，反物質加速度會達到到+9.8m/s2(下線)、-9.8m/s2(上線)、0m/s2(完全無引力加速度)或其他某個值嗎?

從理論和應用的角度來看，預期的+9.8m/s2以外的任何結果都將是革命性的。

(如果有某種類型的物質具有負引力電荷，它就會被我們所知道的物質和能量所排斥。)

每個物質粒子對應的反物質具有同樣的質量、引力場中同樣的加速度、相反的電荷、相反的自旋、同樣的磁性;應該以同樣的方式結合在一起，形成原子、分子和更大的結構;在這些不同的構造中，正電子轉變的光譜應該是相同的。

反物質的慣性質量、電荷，自旋和磁性已經得到證實。反物質的結合和過渡性質在阿爾法實驗中已由其他探測器測量，結果與粒子物理預測一致。

但是，如果重力加速度變成負值而不是正值，世界就會被顛倒過來。

(人工重力的可能性是誘人的，但它是以負重力質量的存在為前提的。反物質可能是這樣的質量，但我們還不知曉，這需要實驗。)

就電導體來說，自由電荷存在于表面并且可以移動，當周圍有其它電荷靠近時，這些自由電荷可以通過在導體表面流動來重新分配自己以作出反應。如果電導體外面有電荷，導體的內部將被屏蔽，不受外部電源的影響，也沒有辦法在一個空間區域建立一個均勻的引力場。

(電容原理圖，其中兩個平行導電板的電荷相等和帶電性相反，在它們之間形成一個均勻的電場。這種結構對于重力來說是不可能的，除非有某種形式的負重力質量。)

但是如果存在負引力質量，所有這些都會改變。如果反物質實際上是反引力的，那么重力就會認為這是由反質量或反能量構成的。根據我們目前所理解的物理定律，像反質量或反能量這樣的物質量是不存在的。我們可以想象它們，并討論它們的行為，但是當談到重力時，我們期望反物質有正常的質量和正常的能量。

然而，如果反質量確實存在，那么科幻作家們幾代人想象的一系列偉大的技術進步將會成為可能。

(用于離心機艙(CAM)的Virtual IronBird工具，是制造人工重力的一種方法，但需要大量的能量，并且只允許一種非常特定的尋心力。真正的人工重力需要一些負質量的東西。)

我們可以建造一個引力導體，保護自己不受引力的影響。我們可以在太空中建立一個引力電容，創造一個均勻的人工重力場。

我們甚至可以創造出扭曲驅動，就像米格爾·阿爾庫比爾(Miguel Alcubierre)在1994年發現的廣義相對論的數學解決方案一樣。

(廣義相對論的阿爾庫比爾解決方案，使運動類似于扭曲驅動。這個解決方案需要負引力質量，這正是反物質能夠提供的東西。)

這是一種難以置信的可能性，幾乎所有理論物理學家都認為這是極不可能的。但是，無論你的理論多么狂野或馴服，你都必須用絕對的實驗數據來驗證它。只有通過測量宇宙并對其進行檢驗，你才能準確地確定自然界的規律是如何運作的。

在我們測量反物質的引力加速度可以達到什么值時，我們必須對自然界中的未知狀態保持開放態度。對于反物質來說，等效原理可能不成立。事實上，它可能是100%的反真。如果是這樣，一個可能性的全新世界將被打開。我們可以改變人類目前能夠在宇宙中創造的已知極限。幾年后，我們將會通過最簡單的實驗來了解這個答案：將反原子置于重力場中，并觀察其下落的方向。