反重力

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反重力一詞常見於宇宙論和星體動力學。該詞的概念是希望能创造一个物体或者空间,可以不受重力影响。它并不是指一種失重狀態,例如自由落體或衛星運行,也不是指用別的力來平衡萬有引力,例如用電磁力或空氣動力;反重力的基础缘由是指透过一种科技的干预,让反重力的物体或者空间可以使引力场不复存在或者不会对物体或空间造成影响。反重力一般会在科学幻想中被提及,特别是在航天器推进器这一内容中。这种概念首次在赫伯特·乔治·威尔斯的科幻作品《凯浮莱特》、《月球上最早的人类》中出现,从此反重力成为幻想科技中最受欢迎的部分。

在人类首个数学化描述引力的文献:牛顿万有引力定律中,引力被描述成未知介质传递的外力。然而,在20世纪早期,牛顿的模型被更普遍和完整描述的广义相对论所替代。在广义相对论中,引力不是传统意义上的力,是空间维度自身的一种特征。这种几何算法通常情况下会产生互相吸引的「力量」。在广义相对论的范围里,反重力是非常不可能的,除非在非自然状况下,但即使如此,反重力同样不太可能產生。在广义相对论对于一些特殊解释上,术语「反重力」在有些时候被用来描述假设的无反作用力推进引擎,然而这些并不是太反引力。

现在有很多更新的理论增加到广义相对论中,或者完全替代广义相对论,其中一些理论是看起来是允许反重力类型的解决方案。然而,当前在被广泛接受的物理学理论、实验確認與主要的物理学相关研究中,反重力都是完全不可能的。[1][2][3]

假设的解决方案[编辑]

引力护盾[编辑]

在一些科学幻想故事中,存在一种反重力设定,即存在一种设备能局部或完整的影响引力效应。把这种设备放在物体的下方则能减小或完全消除引力对该物体的影响,允许该物体使用很小的作用力就可以飘离地球表面。在牛顿引力定律中,引力是一种点对点作用力的传输,从这一点出发就很有可能;引力场会被另外一个场所屏蔽,同理,磁场可以被抗磁性物质所屏蔽。

目前有很强有力的理由相信,并没有这种物质存在。考虑如下情况:将这种物质安装在轮子的一侧,安装这种物质的一侧将不会有重量,那么另一侧会持续「跌落」到轴的对侧。这种运动会持续的产生能量却没有消耗,这很明显违背的热力学第一定律。更广泛讲,它会遵循高斯定律,静态二次衰减场(例如地球引力场)是无法被屏蔽的(磁力是固定的,但立方衰减)。在广义相对论下,整个命题是一个不合逻辑的推论

1948年,一个成功的商人罗杰·巴布森巴布森学院的创始人),建立了重力研究基金會Gravity Research Foundation),来研究可以阻隔重力的方法。[4] 基金會不時召开会议,参加会议的人包含发明急冻食品机的克拉伦斯·伯宰和发明直升机塞考斯基。基金會初期研究如何阻隔重力,後來變為嘗試了解重力。基金会在罗杰·巴布森1967年去世之后曾一度消失。然而它的論文獎還一直在营运着,獎金金额可高達5000美金。到2007年基金会一直在馬薩諸塞州韋爾斯利鎮经营,由基金会原董事的儿子,小乔治·瑞得奥管理。最近的得奖者包含加利福尼亚天体物理学家乔治·斯穆特,後來他獲得2006年诺贝尔物理学奖。 综上所述,引力场在目前的科学论证下,不可能有材料可以隔绝

第二次世界大战研究的统一场理论[编辑]

20世纪50年代的广义相对论研究[编辑]

负质量[编辑]

根据广义相对论,引力产生于由质量导致的空间几何(普通空间形状的改变)。这个理论认为,有质量的物体弯曲了空间,从而导致了“引力”,而引力只是弯曲空间的一种性质,并非一种真正的力。尽管方程一般不会产生一种“负几何”,但利用“负质量”来制造却是有可能的。这些方程并没有排除负质量的可能性。

广义相对论和牛顿万有引力理论都预言,负质量将会产生相斥的引力场。赫尔曼·邦迪爵士在1957年指出,负引力质量和负惯性质量和广义相对论的等效原理以及牛顿力学的线性动量守恒和能量守恒定律是相容的。邦迪的证明为广义相对论方程得到了一个没有奇点的解。[5]1988年6月,罗伯特·L·佛瓦德在AIAA/ASME/SAE/ASEE的24届共同推进大会上展示了一篇论文,提出了一种负引力质量推进系统。[6]

每一个质点都对其他质点产生一个沿着两个质点的连线的吸引。这个力和两个质点的质量的积成正比,和两个质点的距离的平方成反比:

\mathbf{F_{12}} = G \frac{(-m_1) m_2}{r^2}\mathbf{r_{12}} = G \frac{m_1 m_2}{r^2}\mathbf{r_{21}} = \mathbf{-F_{21}},

其中:

  • F_{12}是两个质点之间引力的大小,
  • G引力常数
  • |m1| >0是第一个质点的(负)质量,
  • m2 >0是第二个质点的质量,
  • r是两个质点之间的距离。

邦迪指出,一个负质量的物体会靠近(而不是远离)一个“正常”质量的物体,这是因为即使引力场是互斥的,负质量(根据牛顿定律,F=ma)会朝与力相反的方向产生加速度。相反,正常质量的物体会远离负质量。他指出,两个质量一样,但一正一负的物体,如果放在一起的话,将会自己沿着二者连线产生加速,负质量一直追着正质量。[5]因为负质量拥有负动能,这两个物体的总能量仍然是零。佛瓦德指出,自己产生加速度的现象的原因是负惯性质量,不需要二者之间的引力。[6]

粒子物理的标准模型描述了所以已知形式的质量,但是并没有把负质量包括进来。尽管宇宙中的暗物质可能是由标准模型以外的粒子组成,它们的质量却是已知的,因为其质量是由他们对周围物质的引力效应推导出来的,毫无疑问是正质量。(然而,宇宙中的暗能量却更加复杂,因为根据广义相对论,它的能量密度和它的负压强都是其引力效应的因素。)

第五种力[编辑]

广义相对论效应「翘曲引擎」[编辑]

突破推进物理项目[编辑]

实验观察和商业效应[编辑]

托马斯·汤森·布朗-引力发生器[编辑]

电引力相互效应[编辑]

Tajmar[编辑]

约定俗成效力中的伪反重力效应[编辑]

参考[编辑]

  1. ^ Peskin, M and Schroeder, D. ; An Introduction to Quantum Field Theory (Westview Press, 1995) [ISBN 0-201-50397-2]
  2. ^ Wald, Robert M.. General Relativity. Chicago: University of Chicago Press. 1984. ISBN 0-226-87033-2. 
  3. ^ Polchinski, Joseph (1998). String Theory, Cambridge University Press. A modern textbook
  4. ^ Mooallem, J. (2007, October). A curious attraction. Harper's Magazine, 315 (1889), pp. 84-91.
  5. ^ 5.0 5.1 Bondi, H. (1957, July). Negative mass in general relativity. Reviews of Modern Physics, 29(3), 423-428.
  6. ^ 6.0 6.1 Forward, R. L. (1990, Jan.-Feb.), "Negative matter propulsion," Journal of Propulsion and Power, Vol. 6 (1), pp. 28-37; see also commentary Landis, G.A. (1991) "Comments on Negative Mass Propulsion," 'Journal of Propulsion and Power, Vol. 7, No. 2, p. 304.
  • Cady, W. M. (1952, September 15). "Thomas Townsend Brown: Electro-Gravity Device" (File 24-185). Pasadena, CA: Office of Naval Research. Public access to the report was authorized on October 1, 1952.
  • Li, N., & Torr, D. (1991). Physical Review, 43D, 457.
  • Li, N., & Torr, D. (1992a). Physical Review, 46B, 5489.
  • Li, N., & Torr, D. (1992b). Bulletin of the American Physical Society, 37, 441.

参见[编辑]

外部链接[编辑]