В обычном случае под массой в физике понимается количество вещества. Из хорошо известной формулы следует, что масса есть произведение плотности на объем.
Получается, что термин "масса" подразумевает сколько материи содержится в физическом теле. Ключевое слово "материя".
Что же делать, если речь идёт не про материю, а про антиматерию? По идее, количество антиматерии должно быть...Отрицательным?
Для ответа на этот вопрос нужно более тщательно вникнуть в понятие "масса".
Понимание вопроса в общей теории относительности Эйнштейна более тонкое, чем в классической механике. В этой концепции масса и энергия взаимозаменяемы, что заключено в знаменитом уравнении E=mc2.
Если рассматривать антивещество в этом контексте, то его тензор энергии-импульса (математический объект, описывающий распределение энергии и импульса в пространстве-времени) будет неотличим от тензора обычной материи. С гравитационной точки зрения антивещество должно вести себя также, как и обычная материя.
Античастицы являются зеркальным отражением соответствующих им частиц, но с противоположным зарядом.
При этом масса будет одинаковой. Возьмем те же электрон и позитрон. Это утверждение эмпирически подтверждается экспериментами. Антиматерия не кажется уже такой фантастической материей и активно "добывается" в ускорителях частиц. Там же можно определеить и массу антиматерии.
Различие между частицами и античастицами и правда есть, но эти различия ограничиваются их взаимодействиями и процессами распада, а не их инерционной или гравитационной массой.
Квантовая теория поля (математическая основа, пытающаяся объединять квантовую механику и специальную теорию относительности) также поддерживает эквивалентность массы частиц и античастиц. Частицы и античастицы рассматриваются как возбуждения лежащих в их основе квантовых полей. Плотность Лагранжа, математический объект, центральный в теории, построена таким образом, чтобы обеспечить эквивалентность масс.
Также были проведены прямые эмпирические эксперименты для определения гравитационного взаимодействия антивещества с материей.
Эксперимент в ЦЕРН направлен на измерение того, как атомы антиводорода гравитационно взаимодействуют с Землей. Предварительные результаты не показали каких-либо отклонений от стандартного гравитационного поведения.
Астрофизические наблюдения тоже еще раз подтверждают принцип эквивалентности масс. Если бы антиматерия имела отрицательную массу, ее взаимодействие с материей привело бы к отчетливым наблюдаемым сигнатурам, таким как уникальные диаграммы направленности или несоответствия в космическом микроволновом фоне. Но этого не наблюдается.
Между тем, не всё так просто. Вопрос о массе антивещества затрагивает некоторые из наиболее фундаментальных принципов физики. От симметрии, управляющей взаимодействием частиц, до геометрической природы гравитации. Современное понимание этих вопросов обозначает, что и масса не будет отрицательной. Но развитие физики может привести к пересмотру этой ситуации, поскольку все обозначенные принципы сами по себе весьма не однозначные.
Вообще в физике абсолютно вся материя подразумевает наличие именно положительной массы. Есть некоторая гипотетическая концепция, исходящая из логики отрицательной массы. В отличие от антиматерии, материя с отрицательной массой нарушает энергетические условия общей теории относительности. Потенциально допускаются такие явления, как «варп-двигатели» или «червоточины». Однако вопрос остается спекулятивным и не подтверждается современными исследованиями.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!
👉💖 Ставьте лайки материалу, чтобы поддержать проект.
✅ Подписывайтесь на ДЗЕН (!!!) и обязательно читайте статьи целиком!