美國華盛頓州立大學(Washington State University,WSU)的物理學家最近成功製造出擁有「負質量」的液體。當你推動它時,它並不會像世界上任何的物體一樣向前移動,相反,負質量液體反而會向後加速。

這份研究被刊登於物理報導期刊(Physical Review Letters)。參與此研究的 WSU 物理學與天體學助理教授 Michael Forbes 表示,要在實驗室條件下製造這個現象難度非常高,並相信這研究結果能幫助物理學家進一步研究宇宙中其他複雜的物理現象。

對科學有所認識的話都會知道電荷會以正/負的性質出現,但對於質量來說,人很少會擁有相同的概念。這樣一點都不出奇,因為我們日常所接觸的物體都擁有質量,而且都堅守著牛頓的第二運動定律:物體所受到的外力等於質量乘以加速度(F=ma)。

換句話說,當你推動一個物體,它會向你所推動的方向加速。日常生活中所有的物體都是以這個方式運作的。但假若它有著負質量的話,當你推動它,它就會以相反方向加速。

製造負質量的條件

實驗中,研究員將銣原子冷卻到接近絕對零度,出現一種稱為玻色–爱因斯坦凝聚的狀態。在這個狀態中,粒子的運動會變得極為緩慢,亦會以超液體流動的方式移動,流動時不會失去其原有的能量。

WSU 物理及天文學教授彼得·恩格斯(Peter Engels)領導的團隊,成功研發創造「負質量」的實驗室條件。透過利用激光來減緩粒子的運動,使其變冷,並允許熱和高能量的粒子逃逸,從而進一步冷卻材料。

過程中激光會捕捉這些原子,就像一個微型的碗一樣盛載著這些原子。在這時候,銣元素的超液態仍有固定的質量。若然打破這個碗,那些銣便會衝出來,從而令粒子向外擴散。

為了產生負質量,研究人員用第二組激光將原子來回推動,並改變其旋轉的方式。當銣達到一定的速度後,便會出現負質量般的特性。推動這些銣原子時它們會向後加速,就像遇到一個隱形牆壁一樣。

避免潛在的缺陷

研究人員所用到的技術,能防止一些過去企圖製造負質量物質時出現的缺陷,並提升了科學家對負質量物質的控制能力。這個控制技術為研究人員帶來一個全新的方法設計未來的實驗,來研究中子星、黑洞及暗物質背後的物理現象。

 

參考資料

  1. Khamehchi, M. A., Hossain, K., Hossman, M. E., Zhang, Y., Busch, T., Forbes, M., & Engels, P. (2017). Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-Orbit–Coupled Bose-Einstein Condensate. Physical Review Letters, 118(155301).
  2. ‘Negative mass’ created at Washington State University | WSU News | Washington State University. (2017, April 11). Retrieved from news.wsu.edu.
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