Масса со знаком «минус»

Посмотрите на пузырёк воздуха в стакане воды: он упрямо ползёт вверх, против гравитации. Вода вокруг «падает» вниз и выталкивает его, и со стороны кажется, будто у пузырька отрицательная масса. С этого примера японский физик Синъити Нодзири и С. Д. Одинцов начинают рассуждения в журнале Physics of the Dark Universe. А вопрос у них серьёзный: бывают ли в космосе объекты с настоящей отрицательной массой?

Идея старая. Ещё Герберт Уэллс в «Первых людях на Луне» (1901) придумал кейворит — вещество, экранирующее притяжение. В теории Ньютона отрицательную массу описать легко: достаточно поменять знак у гравитационной постоянной. А вот общая теория относительности куда строже и, похоже, не допускает антигравитацию без противоречий.

Вывод авторов смелый: отрицательная масса «не всегда ведёт к противоречиям» и, возможно, не так экзотична, как принято думать.

Как это выглядит в расчётах? Возьмём компактную звезду в «жидкости» с отрицательным давлением, похожей на тёмную энергию. Звезда расталкивает эту среду, и рядом возникают устойчивые области с отрицательной плотностью энергии. Такой объект отталкивает обычную массу, а из принципа эквивалентности следует, что у него отрицательна и инертная масса. Второй путь — модифицированная гравитация: к уравнениям Эйнштейна добавляют два простых поля в духе теории струн, и при особых условиях они тоже порождают объекты с отрицательной массой.

Увидеть такое непросто. По одному из расчётов плотность области с отрицательной массой должна превышать примерно 10¹⁸ кг на кубометр — в 200 триллионов раз больше средней плотности Земли. Зато «почерк» у таких объектов заметный. Свет огибал бы их по гиперболе, отталкиваясь, а не притягиваясь, — отсюда странное гравитационное линзирование. Отрицательная масса, летящая к массивному телу, экранировала бы его притяжение. Могли бы исказиться и джеты чёрных дыр, и столкновения нейтронных звёзд с чёрными дырами.

При этом работа чисто теоретическая: таких объектов в космосе пока никто не наблюдал. Модели упрощённые, а одной из них нужна отрицательная космологическая постоянная, хотя в нашей Вселенной она положительная, пусть и крошечная. Так что это пока аргумент «физика такое, возможно, допускает», а не открытие.

@vselennayaplus