我们从哪里来？

steal

关于负质量的描述误有误：
反物质并不具有负质量，一个m质量正物质和m质量反物质湮灭的能量是2mc2。从质量的惯性定义来说，质量只能为0，不能为负。负质量是人们为了圆宇宙大爆炸论的假说，引入的一种理论物质：奇异物质所具有的特性。

负能量或者负质量的物质，目前还没有在实验室和观测中发现。

Mars

11# steal

在相对论性量子力学(以下简记为RQM)中,一个粒子的能量不但可正,也一定可以取负值,后者对应于相应的反粒子的存在。1928年英国物理学家狄拉克（Paul Adrien MauriceDirac）提出了一个电子运动的相对论性量子力学方程，即狄拉克方程。利用这个方程研究氢原子能级分布时，考虑有自旋角动量的电子作高速运动时的相对论性效应，给出了氢原子能级的精细结构，与实验符合得很好。从这个方程还可自动导出电子的自旋量子数应为1/2，以及电子自旋磁矩与自旋角动量之比的朗德g因子为轨道角动量情形时朗德g因子的2倍。电子的这些性质都是过去从分析实验结果中总结出来的，并没有理论的来源和解释。狄拉克方程却自动地导出这些重要基本性质，是理论上的重大进展。利用这个方程还可以讨论高速运动电子的许多性质，这些结果都与实验符合得很好。这些成就促使人们相信狄拉克方程是一个正确地描写电子运动的相对论性量子力学方程。 　　既然实验已充分验证了狄拉克方程的正确，人们自然期望利用狄拉克方程预言新的物理现象。按照狄拉克方程给出的结果，电子除了有能量取正值的状态外，还有能量取负值的状态，并且所有正能状态和负能状态的分布对能量为零的点是完全对称的。自由电子最低的正能态是一个静止电子的状态，其能量值是一个电子的静止能量，其他的正能态的能量比一个电子的静止能量要高，并且可以连续地增加到无穷。与此同时，自由电子最高的负能态的能量值是一个电子静止能量的负值，其他的负能态的能量比这个能量要低，并且可以连续地降低到负无穷。这个结果表明：如果有一个电子处于某个正能状态，则任意小的外来扰动都有可能促使它跳到某个负能状态而释放出能量。同时由于负能状态的分布包含延伸到负无穷的连续谱，这个释放能量的跃迁过程可以一直持续不断地继续下去，这样任何一个电子都可以不断地释放能量，成为永动机，这在物理上显然是完全不合理的。 　　针对这个矛盾，1930年狄拉克提出一个理论，被称为空穴理论。这个理论认为由于电子是费米子，满足泡利不相容原理，每一个状态最多只能容纳一个电子，物理上的真空状态实际上是所有负能态都已填满电子，同时正能态中没有电子的状态。因为这时任何一个电子都不可能找到能量更低的还没有填入电子的能量状态，也就不可能跳到更低的能量状态而释放出能量，也就是说不能输出任何信号，这正是真空所具有的物理性质。按照这个理论，如果把一个电子从某一个负能状态激发到一个正能状态上去，需要从外界输入至少两倍于电子静止能量的能量。这表现为可以看到一个正能状态的电子和一个负能状态的空穴。这个正能状态的电子带电荷-e，所具有的能量相当于或大于一个电子的静止能量。按照电荷守恒定律和能量守恒定律的要求，这个负能状态的空穴应该表现为一个带电荷为+e的粒子，这个粒子所具有的能量应当相当于或大于一个电子的静止能量。这个粒子的运动行为是一个带正电荷的“电子”，即正电子。狄拉克的理论预言了正电子的存在。 　　1932年美国物理学家安德森（Carl David Anderson）在宇宙线实验中观察到高能光子穿过重原子核附近时，可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有的是单位正电荷的粒子，从而发现了正电子，狄拉克对正电子的这个预言得到了实验的证实。正电子的发现表明对于电子来说，正负电荷还是具有对称性的。狄拉克的空穴理论给出了反粒子的概念，正电子是电子的反粒子。

也就是说，反物质可以和负能量建立一定的关系，甚至可以认为反物质具有负能量。至于负质量则完全是宇宙大爆炸理论中推导出的理论模型。但是有关资料是否完全属实则不好说，有的人说发现了，但是谁知道真假呢。至少还没没主流物理界所承认。

steal

Mars
你引用的正电子的理论被称为狄拉克之海，其中具有负能量、负质量的是无法被观测到的一种理论上的量子态，正电子是这种量子态被2mc2的质能激发到电子状态后留下的空穴的表现，所以正电子还是具有正质量、正能量的。

根据质能方程，如果质量为正，能量必然为正；能量为负，质量也必然为负。



也就是说，反物质可以和负能量建立一定的关系，甚至可以认为反物质具有负能量。至于负质量则完全是宇宙大爆炸理论中推导出的理论模型。但是有关资料是否完全属实则不好说，有的人说发现了，但是谁知 ...
Mars 发表于 2010-8-22 15:22

Mars

13# steal



不否认你的观点。能量为负，质量也就为负。
我们先以“负能量”为切入点来说一下。我们现在一般认为引力势能就是一种“负能量”。为什么这么说呢？举例说明，比如地球和太阳。他们之间的作用力毫无疑问是万有引力。如果要将两者分开，那么必须做功，所做的功必将转化为地球和太阳之间的势能，这势能也只能是万有引力势能。那么距离越远，做的功也就越多，引力势能也就越大。那么假设将地球推到离太阳无穷远处，也就是说他们之间的引力势能将是无穷大。可是这时引力就小到无穷小，接近于0。我们可以取0值。根据势能公式，这时太阳和地球之间的引力势能也就成了0。也就是说引力势能最大值是0。那么当太阳和地球之间的距离变小时，引力开始增大，而引力势能却开始变小，比0还小也就只能是负数。因此认为引力势能是一种“负能量”。用公式表达就是：Ep=-GMm/r。既然存在“负能量”，那么“负能量”哪里来？因此一定有负质量存在。而质量怎么能是负的呢？因此怀疑反物质是否就是所谓的负物质提供的负质量。当然暗物质也是怀疑对象之一。

steal

mars
1、你所述的公式是牛顿力学的一个经典公式。在牛顿力学的框架下，一个静止的理想物体（也就是不考虑化学能、热能），能量为0。假设一个理想系统，系统是静止的，里面有m1，m2的两个理想物体，当他们距离为无穷远时，势能为零，当他们距离变近时，势能如你所述的公式，出现负值，但是能量并未消失，而是转化为了动能，于是系统的总能量为0。

2、在相对论的框架下， 质量和能量是硬币的两面，有多少质量就代表着有多少能量，而质量能量都是都遵从相对性，与参照系相关的。惯性参照系中，静止物体的质能关系是e=mc2，这是与牛顿力学很大不同的地方，也意味着只要有正质量，就有正能量。至于牛顿力学中引力势能，可以认为是参照系变化（引力等效于加速度参照系）的体现，是一个“差值”不是“绝对值”，但也遵从e=mc2。

表述能力有限，建议参考《物理学的进化》。

3、反物质具有正能量、正质量；暗物质也具有正能量、正质量，暗物质与普通物质不同的是暗物质不参与电磁作用，无法通过电磁波观测到；具有负能量、负质量的是奇异物质。

CMFCN

这帖越来越精彩，版主快来加分鼓励一下:QQ/79

Mars

15# steal


1、问题1和问题2也是我一直思考过的问题。从数学的角度上说，当两个物体接近时（在理想状态下，不考虑其他能量的转化），引力势能减少，即Ep1-Ep2=ΔEp。由于Ep1大于Ep2，因此ΔEp必定是个正数，而ΔEp正好转化为动能Ek。因此动能Ek只能是正能量。根据质能方程，m也只能是正质量。根据ΔEk=Δmc2,也就是说引力势能的减少使得运动物体的正质量增加。假设要是反过来呢？引力势能的增加会使正物质的正质量减少。那么假设以地球为参照，即m1，宇宙中所有的其他质点为m2的话，假设m1不动。一个膨胀中的宇宙使得m2远离m1，也就是m2与m1的引力势能开始增加，那么引力势能增加的话，正物质的正质量就应该减少，因此m2质量就应该减少，减少到什么程度呢？ΔEk=0时，理论上Ep1=Ep2，也就是引力势能最大时，宇宙就会停止膨胀。而且ΔEk必须是从宇宙诞生时有个极大值，然后一直减少，也就是说m2应该从宇宙诞生时就应该一直做减速运动。但是现在的观测表明宇宙是在加速膨胀的。也就是说m2在加速远离m1，即ΔEp和ΔEk都在增加。根据能量守恒定律，说明还有至少一种能量在减少。并且使得宇宙中正质量不断增加（当然也会有具体的某种质量的减少，但是减少量小于增加量）。这未知能量就应该是所谓的暗能量。因此得出结论，只要宇宙在加速膨胀，还会有正质量产生，直到未知能量消耗完毕，ΔEk开始减少，宇宙就会进入减速膨胀期，最后停止膨胀。但是当ΔEk减少时是否又会有一部分转化为暗能量呢？那么这暗能量究竟是什么呢？唉，想的我头疼。
2、暗物质具有类似引力的“引力场”，可以干扰星体发出的光波或引力，但怎么证明质量和能量是正的而不是负的呢？奇异物质定义时就是使负质量负能量，但是只是理论模型。

Mars

过了120分钟，不能编辑了。:QQ/16

暗能量的存在使得动能和引力势能增加，使得宇宙目前仍然是加速膨胀。同时奇异物质所具有的极大引力负压的排斥性，也是使宇宙加速膨胀的因素之一。当然奇异物质依然属于理论阶段。是否可以将暗能量和奇异物质统一起来也未可知。至少是一个方向。

steal

Mars

请看这样一段表述：
引力来自什么？质量
质量与什么相关？能量
能量包括什么？引力势能
引力势能受什么决定？引力

是不是陷入了循环怪圈了？这样的循环问题出在哪里呢？

15# steal


1、问题1和问题2也是我一直思考过的问题。从数学的角度上说，当两个物体接近时（在理想状态下，不考虑其他能量的转化），引力势能减少，即Ep1-Ep2=ΔEp。由于Ep1大于Ep2，因此ΔEp必定是个正数，而 ...
Mars 发表于 2010-8-23 18:38

steal

下午出去了

事实上问题出在两种不同的理论体系的混用

引力来自什么？质量     牛顿力学
质量与什么相关？能量    相对论
能量包括什么？引力势能       牛顿力学
引力势能受什么决定？引力       牛顿力学
（这里还不提不同理论体系下这些物理量的定义不一样）

在牛顿力学框架下的表述是
质量与空间决定引力
质量与空间决定引力势能
能量包括引力势能
质量与能量不是直接的对应的关系，能量变化不会引起质量变化
牛顿力学还有一个最重要的隐藏条件是绝对参照系

在相对论框架下：
首先是参照系的问题，相对论框架下没有绝对参照系
讨论任何问题都得先讨论参照系
比如假设以地面为参照系，一个匀速运动的汽车上一个随汽车运动的质量m的物体，这个m包括运动质量和静止质量，而当以汽车为参照系时，物体的质量m仅包含静止质量
一个相同的物体怎么会有两个不同的质量呢？质量固然是物体的属性，但是在不同的参照系中表现不同，这是相对论与常识相悖的地方，也是特别容易犯错误的地方。光是一个例外，光在任意参照系中都只有运动质量，没有静止质量。
但是惯性参照系并不实际存在，只能在广义相对论所描述的空间中区域近似。