從飛仙到反重力:永樂大典早就記載負質量了?

"要是有反重力我就能飛了!"每個看過科幻片的人都有這樣的夢想。但是等等,物理學家伊桑·西格爾(Ethan Siegel)要潑你一盆冷水了:在我們這個宇宙里,反重力可能就跟你的減肥計劃一樣,都是鏡花水月。

從星際旅行說起:宇航員的煩惱

說到太空旅行,宇航員可能是最有苦難言的了,在失重環境待久了,這身體可不得了:

眼睛變模糊了(太空致盲)

骨頭變脆弱了(骨密度流失)

肌肉開始萎縮了(肌肉萎縮)

這不比你宅家打遊戲一周還慘?一切都是重力惹的禍!所以科學家們就在想:要是能造出反重力裝置就好了!

重力是個什麼玩意兒?

愛因斯坦廣義相對論里,重力不是力,而是時空彎曲。你可以想象一下:

普通的空間就像是一張平整的床單

地球就像是放在床單中間的保齡球

保齡球會把床單壓出一個坑

其他小東西就會滾向這個坑

所以說,只要有質量或能量的東西,都會讓時空彎曲,而且只能"往下彎"。

為什麼不能有反重力?

"那要是能讓時空往上彎不就完事了?"聰明的你可能會問。

但問題是:

這需要"負能量"或"負質量"——你的質量為負,你就會往天上飛,這叫飛升,中國古代神仙就是這麼乾的,所以,永樂大典早就記載有負質量了?(開個玩笑)

但在我們已知的宇宙中,啥都是正能量,連反物質都不行(歐洲CERN實驗室已經證明了反物質也是往下掉的)。

這就像你想找到一個"負卡路里"的食物——吃了能減肥的那種。很遺憾,這種好事不存在。

就算是芹菜,負卡路里的門面擔當,100克里也有16卡路里,熱力學定律可沒那麼好騙。

按已知物理學來說,如果允許負質量存在,我們的宇宙本質上就不會穩定——也就不可能存在。

那人工重力呢?

好消息是,雖然反重力不靠譜,但人工重力是可以搞的!

愛因斯坦告訴我們他最開心的一個發現:加速運動和重力效果是一樣的。就像你在急剎車時會往前傾一樣。所以我們可以:

飛船一直加速

或者讓飛船旋轉(就像《2001太空漫遊》里那樣)

但是……加速需要燃料,而且還得是反物質燃料才夠勁兒。這成本,怕是比你的網購賬單還嚇人。

氣死人的結論

所以說啊,在目前的物理定律下:

反重力?想都別想!

人工重力?可以,但是貴~~

除非以後物理定律被推翻了(這個可能性跟你明天就能中彩票差不多),否則我們還是老老實實待在地球上吧!

參考文獻:

Ask Ethan: Is antigravity even possible? - Starts With A Bang

ALPHA-g experiment at CERN (2023)