物理学上有负能量这个概念吗?
有。负能量和负质量在理论物理中都是很正常的概念。
目前还没有找到具有负质量或负能量的奇异物质,但有可以表现类似现象的手段:
在卡西米尔效应中,当两块不带电金属板彼此靠近到非常接近时出现的吸力,来自板内外真空的能量差,板之间的真空就具有负能量[1]。
在实验室里的特定条件下极化子和玻色-爱因斯坦凝聚态物质可以被推力逆向加速。
有一些研究认为声子在重力场中会反向加速。在中子星内部等音速非常高的地方,这可能真正影响物质粒子的行为。
虚数质量的概念也是存在的,用于假设的快子的静止质量。
参考
- ^https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.61.1446
我个人认为能量本身不是一个可观测的物理量,能量差才是可观测的物理量。比如电磁力学里,标量势能和向量势能是可以写作任意满足 ,。换句话说,我可以把一个位置的势能定义成 , 但是附近的可观测的物理量是不会变化的,其中就有能量差(势能差)以及电场强。在基本的相对论量子力学里,电子的波函数会从一个电子的薛定谔方程表达的波函数变成四个(正和负)电子的波函数,传统上这样的一个4-vector的第一个和第二个代表的是电子的正能量解,第三个和第四个代表的是电子的负能量解。为了让电子不全部掉落到负能量态,狄拉克提出了(大概?)狄拉克海这种说法,也就是说真空中除了正能量的电子态以外,有无限多的被占据的负能量的电子态,所以由于费米子量子数不可全部相等(泡利不相容),电子不会从正能量态自己掉落到负能量的态。由此,通过激发这些负能量的电子,可以得到带正能量的电子,和一个不被占据的态,这个不被占据的态拥有电子的质量和与电子相反的电量,也就是正电子。如下图所示(截图自Shankar)