Кіріспе

Физикалық модельдердегі түсінік. Теориялық физикада теріс масса – экзотикалық материяның гипотетикалық түрі, оның массасы қалыпты материя массасына кері таңбалы, мысалы, −1 кг. Мұндай материя бір немесе бірнеше энергия шарттарын бұзады және қолданған күш бағытына қарама-қарсы бағытталған үдеу сияқты ерекше қасиеттерді көрсетеді. Ол кейбір болжамды технологияларда қолданылады, мысалы, өткенге және болашаққа уақыт саяхаты, уақыт саяхатына мүмкіндік беретін жасанды құрт тесіктерін құру, Красников түтіктері, Алкубьерре драйвы және ықтимал жарықтан жылдамдықтың басқа да бұрмалаушы драйвтары. Қазіргі таңдағыда мұндай экзотикалық материяның ең жақын белгілі мысалы – Казимир эффектісінен туындаған теріс қысым тығыздығы аймағы.

Космологияда

2018 жылдың желтоқсан айында Оксфорд университетінің астрофизигі Джейми Фарнс "қара сұйықтық" теориясын ұсынды. Бұл теория, Альберт Эйнштейн бұрын айтқан, гравитацияны теріске қақпайтын теріс массалар туралы ұғымдармен байланысты және ғарыштағы белгісіз қара материя мен қара энергияның көп мөлшерін тексеру арқылы жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.

Жалпы салыстырмалылық теориясы

Теріс масса – кейбір бақылаушылар үшін масса тығыздығы теріс деп өлшенетін кез келген кеңістік аймағы. Мұндай жағдай Эйнштейннің кернеу-энергия тензорының үш нормальді кернеу компоненттерінің (үш ось бойындағы қысымның) қосындысы масса тығыздығынан асатын кеңістік аймағында туындауы мүмкін. Бұлардың бәрі Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясының оң энергия шартының бір немесе екінші түріне қайшы келеді; алайда, оң энергия шарты теорияның математикалық тұрақтылығы үшін міндетті шарт болып табылмайды.

Уақыт пен энергия инверсиясының жебесі

Жалпы салыстырмалылық теориясында ғалам Эйнштейннің өріс теңдеулерінің метрикалық тензорлық шешімімен байланысты Риман көптүрлілігі ретінде сипатталады. Мұндай жағдайда, қашқындаған қозғалыс теріс материяның болуына мүмкіндік бермейді. Сондықтан ғалам екі Риман метрикасымен байланысты көптік ретінде сипатталады (бірінің массасы оң, екіншісінің массасы теріс). Топтар теориясына сәйкес, конъюгацияланған метриканың материясы, екінші метриканың материясына қарама-қарсы массалы және уақыт бағытындағы материя ретінде көрінеді (оның өзіндік уақыты оң болса да). Бұл біріктірілген метрикалардың өз геодезиялықтары болады және екі біріктірілген өріс теңдеуінің шешімі болып табылады. Біріктірілген метриканың теріс материясы, гравитация арқылы екінші метриканың материясымен өзара әрекеттесе отырып, қара материя, қара энергия, ғарыштық инфляция және үдемелі ғаламды түсіндіруге баламалы кандидат бола алады. Бұрын физиктер арасындағы консенсус ретінде қабылданғандай, тәжірибелік қателік шегінде гравитация материя мен антиматерияны бірдей күшпен тартатыны тәжірибелік түрде расталды. Көпіршік камераларындағы тәжірибелер антибөлшектердің инерциялық массасы, қалыпты бөлшектердің массасына тең екенін көрсетеді. Бұл тәжірибелерде камера тұрақты магнит өрісіне ұшыратылады, бұл зарядталған бөлшектердің спиральді траекториямен қозғалуына себеп болады, олардың радиусы мен бағыты электр заряды мен инерциялық масса арақатынасына сәйкес келеді. Бөлшек-антибөлшек жұптары қарама-қарсы бағыттағы, бірақ бірдей радиустағы спиральдармен қозғалатыны байқалады, бұл арақатынастардың тек таңбасымен ғана ерекшеленетінін көрсетеді; бірақ бұл зарядтың немесе инерциялық массаның кері айналғанын көрсете алмайды. Дегенмен, бөлшектер мен антибөлшектер бір-біріне электрлік тартымдылық танытады. Бұл мінез-құлық екеуінің де оң инерциялық массасы және қарама-қарсы зарядтары бар екенін білдіреді; егер керісінше болса, онда оң инерциялық массасы бар бөлшек антибөлшегінен тебіледі.

Кванттық механикада

1928 жылы Пол Дирактың элементарлық бөлшектер теориясы, қазір Стандартты модельдің бір бөлігі, теріс шешімдерді қамтитын. Стандартты модель кванттық электродинамиканың (QED) жалпылама түрі болып табылады және теріс масса теорияға енгізілген. Моррис, Торн және Юртсевер Казимир эффектісінің кванттық механикасын кеңістік-уақыттың жергілікті теріс массалық аймағын жасау үшін пайдалануға болатынын көрсетті. Осы мақалада және басқалардың кейінгі зерттеулерінде олар құрт тесігін тұрақтандыру үшін теріс материяны қолдануға болатынын дәлелдеді. Крэмер және авторлар тобы бұл ғаламның ерте кезеңдерінде құрт тесіктерінің пайда болуы мүмкін екенін, олардың ғарыштық жіптің теріс массалық циклдарымен тұрақтандырылуы мүмкін екенін айтады. Стивен Хокинг теріс энергияның кеңістіктің шектеулі аймағында гравитациялық өрістерді манипуляциялау арқылы жабық уақыт тәрізді қисық сызықты жасау үшін қажетті шарт екенін мәлімдеді; мысалы, бұл шекті Типлер цилиндрін уақыт машинасы ретінде пайдалануға болмайды дегенді білдіреді.

Шредингер теңдеуі

Шредингер теңдеуінің энергиялық өзіндік күйлері үшін толқындық функция бөлшектің энергиясы жергілікті потенциалдан жоғары болған жерде толқын сияқты, ал одан төмен болған жерде экспоненциалдық (жоғалып бара жатқан) сияқты болады. Көзге жақын болғанда, бұл кинетикалық энергияның жоғалып бара жатқан аймақтарда теріс екенін көрсетеді (жергілікті потенциалды бекіту үшін). Дегенмен, кванттық механикада кинетикалық энергия оператор болып табылады, ал оның күтілетін мәні әрқашан оң болады, энергияның өзіндік мәнін алу үшін потенциалдық энергияның күтілетін мәнімен қосылады. Тұрақты массасы нөлге тең бөлшектердің (мысалы, фотондардың) толқындық функциялары үшін, бұл толқындық функцияның кез келген жоғалып бара жатқан бөліктері жергілікті теріс масса-энергиямен байланысты дегенді білдіреді. Алайда, Шредингер теңдеуі массасыз бөлшектерге қолданылмайды; оның орнына Клейн-Гордон теңдеуі қажет.