บทความซีรีส์นี้เกิดจากเด็กคนนึงมาถามผมขณะเรียนเรื่องแรงลอยตัว เด็กคนนี้ช่างสังเกตและสงสัยว่า ปกติเวลาวัตถุอยู่ในน้ำ แรงลอยตัวจะทำให้น้ำหนักวัตถุลดลงเป็นส่วนใหญ่ แล้วจะมีของเหลวใดไหมที่ทำให้น้ำหนักวัตถุมากขึ้นกว่าเดิม ทำให้เราสองคน Discuss ไปจนถึงประโยคที่ว่า
ถ้ามวลติดลบได้ ก็ไม่แน่นะ เครื่องหมายน่าจะเปลี่ยนทำให้น้ำหนักวัตถุที่แช่ในของเหลว(มวลติดลบ) จนน้ำหนักมากขึ้นยิ่งกว่าเดิมก็เป็นได้
จินตนาการว่าร่างกายของเรามีมวลติดลบ จากนั้นสภาวะทางกายภาพของเราเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้ามกับคนอื่น ๆ เช่น มีคนจะผลักให้เราวิ่งเร็วขึ้นในทางซ้าย แต่ตัวเรากลับเคลื่อนที่ไปทางขวาซะงั้น” คงเป็นเรื่องหลุดโลก แต่นักฟิสิกส์บางท่านมองเป็นเรื่องจริงจัง
ในปี ค.ศ. 1951 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันนามว่า Joaquin Mazdak Luttinger ได้รับรางวัลการเขียน Essay อันดับที่ 4 จากการส่งเข้าร่วมการแข่งขันของมูลนิธิการวิจัยแรงโน้มถ่วง (Gravity Research Foundation) ในหัวข้อ
“การพิจารณาความเป็นไปได้ของมวลเชิงลบ และพฤติกรรมของมันภายใต้แรงโน้มถ่วง และแรงอื่น ๆ”
จากไอเดียของ Luttinger อีก 6 ปีต่อมา Sir Hermann Bondi ต่อยอดแนวคิดและให้ความเห็นว่ามวลน่าจะมีค่าเชิงลบ เช่นเดียวกับเรามองว่ามวลเป็นบวกมาตลอดก็เป็นได้ โดยที่ท่านยกตัวอย่างพฤติกรรมของมวลเชิงลบว่า
วัตถุมีมวลเชิงลบหากถูกเร่งจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงที่ถูกผลัก (แต่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง)
ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ อธิบายว่าแรงโน้มถ่วงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันอนุญาตให้มีมวลเชิงลบได้ เพราะไม่มีเงื่อนไขใดระบุว่าห้ามแทนค่ามวลด้วยเครื่องหมายลบตามหลักคณิตศาสตร์ (https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_mass#In_special_relativity)
ในปี 2017 นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยรัฐ Washington สามารถสร้างมวลเชิงลบ (มองในแง่ทำให้มวลทั่วไปมีพฤติกรรมเหมือนมวลเชิงลบมากกว่า) โดยเงื่อนไขการเกิดค่อนข้างจำเพาะและสร้างได้ในห้องปฏิบัติการ (ตามคำกล่าวอ้างของนักวิจัยที่ให้ข่าวกับ Forbes)
(https://phys.org/news/2017-04-physicists-negative-mass.html)
วิธีการสร้างมวลเชิงลบ
อันดับแรกทีมวิจัยลดอุณหภูมิของอะตอมรูบิเดียมให้ใกล้ ศูนย์องศาสัมบูรณ์มากที่สุด โดยใช้การยิงเลเซอร์ใส่อะตอมเป็นห้วง อะตอมจะคลายพลังงานสูงที่ได้อย่างรวดเร็วและเย็นลงอย่างสุดขั้ว เข้าสู่สภาวะใหม่ที่เราเรียกว่า “Bose-Einstein Condensate” ในสภาวะนี้อนุภาคจะเคลื่อนตัวช้ามาก และพฤติกรรมของอนุภาคจะอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม โดยมองมันเป็นคลื่นอย่างหนึ่ง หรือเรียกมันว่าเป็น Superfluid หรือของไหลที่ไหลโดยไม่สูญเสียพลังงาน
เพื่อพิสูจน์ว่าอนุภาครูบิเดียมมีพฤติกรรมเหมือนมวลเชิงลบได้ นักวิจัยจึงใช้เลเซอร์ 2 หัวยิงให้มันหมุนรอบตัวเอง เมื่ออะตอมรูบิเดียมหมุนรอบตัวเองมากพอ นักวิจัยจึงยิงเลเซอร์ใส่มันตรง ๆ ผลที่ได้คือ
อะตอมรูบิเดียมถูกเร่งไปอีกทางหนึ่ง แต่มันกลับเด้งเหมือนชนกำแพงที่มองไม่เห็นกลับมาอีกด้านหนึ่ง
ว้าวว! นั่นหมายถึงว่า “พฤติกรรมของอะตอมรูบิเดียมนี้ เหมือนกับมวลเชิงลบ” เลยทีเดียว
แต่นั่นนำไปสู่คำถามใหม่ว่า
มวลเชิงลบมันมีอยู่แล้วในธรรมชาติ หรือเราต้องสร้างมันขึ้นมาเท่านั้น?
