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从飞仙到反重力:永乐大典早就记载负质量了?

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"要是有反重力我就能飞了!"每个看过科幻片的人都有这样的梦想。但是等等,物理学家伊桑·西格尔(Ethan Siegel)要泼你一盆冷水了:在我们这个宇宙里,反重力可能就跟你的减肥计划一样,都是镜花水月。

  • 从星际旅行说起:宇航员的烦恼

说到太空旅行,宇航员可能是最有苦难言的了,在失重环境待久了,这身体可不得了:

眼睛变模糊了(太空致盲)

骨头变脆弱了(骨密度流失)

肌肉开始萎缩了(肌肉萎缩)

这不比你宅家打游戏一周还惨?一切都是重力惹的祸!所以科学家们就在想:要是能造出反重力装置就好了!

  • 重力是个什么玩意儿?

在爱因斯坦的广义相对论里,重力不是力,而是时空弯曲。你可以想象一下:

普通的空间就像是一张平整的床单

地球就像是放在床单中间的保龄球

保龄球会把床单压出一个坑

其他小东西就会滚向这个坑

所以说,只要有质量或能量的东西,都会让时空弯曲,而且只能"往下弯"。

  • 为什么不能有反重力?

"那要是能让时空往上弯不就完事了?"聪明的你可能会问。

但问题是:

这需要"负能量"或"负质量"——你的质量为负,你就会往天上飞,这叫飞升,中国古代神仙就是这么干的,所以,永乐大典早就记载有负质量了?(开个玩笑)

但在我们已知的宇宙中,啥都是正能量,连反物质都不行(欧洲CERN实验室已经证明了反物质也是往下掉的)。

这就像你想找到一个"负卡路里"的食物——吃了能减肥的那种。很遗憾,这种好事不存在。

就算是芹菜,负卡路里的门面担当,100克里也有16卡路里,热力学定律可没那么好骗。

按已知物理学来说,如果允许负质量存在,我们的宇宙本质上就不会稳定——也就不可能存在。

  • 那人工重力呢?

好消息是,虽然反重力不靠谱,但人工重力是可以搞的!

爱因斯坦告诉我们他最开心的一个发现:加速运动和重力效果是一样的。就像你在急刹车时会往前倾一样。所以我们可以:

让飞船一直加速

或者让飞船旋转(就像《2001太空漫游》里那样)

但是……加速需要燃料,而且还得是反物质燃料才够劲儿。这成本,怕是比你的网购账单还吓人。

  • 气死人的结论

所以说啊,在目前的物理定律下:

反重力?想都别想!

人工重力?可以,但是贵~~

除非以后物理定律被推翻了(这个可能性跟你明天就能中彩票差不多),否则我们还是老老实实待在地球上吧!

参考文献:

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

ALPHA-g experiment at CERN (2023)

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