¿La antimateria curva el espacio-tiempo en la dirección opuesta a la materia?

La antimateria tiene la misma masa que la materia normal y su interacción con la gravedad debería ser la misma según GR y QM.

Dicho esto, la antimateria solo se ha creado en pequeñas cantidades hasta ahora y solo se han realizado unos pocos experimentos para confirmar que no hay una nueva física involucrada.

Los físicos no han observado de manera concluyente la interacción gravitacional de la antimateria con la materia o la antimateria. Si bien el abrumador consenso entre los físicos es que la antimateria atraerá tanto a la materia como a la antimateria al mismo ritmo que la materia atrae a la materia, existe un fuerte deseo de confirmar esto experimentalmente, ya que la hipótesis aún está abierta a la falsificación.

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_interaction_of_antimatter

Ver también: ¿Qué es la antimateria?

Actualmente no hay razón para creer/requerir que la antimateria tenga masa negativa. Por lo tanto, debería comportarse exactamente igual en un campo gravitatorio.

La distinción entre materia y antimateria es bastante arbitraria. Encontramos protones/neutrones/electrones primero, por lo que las partículas de las mismas familias que exhiben un comportamiento similar son "materia", y aquellas con ciertas propiedades (carga, número de bariones, o alguna otra, dependiendo de la familia) como opuestas serían antimateria. Podríamos llamar a los positrones como materia y a los electrones como antimateria y nada cambiaría excepto por nuestra definición de número de leptones (y las etiquetas del muón/tau).

Cuando Dirac lo llama una solución de energía negativa, está mirando el caso en el que tenemos un mar de materia en estado fundamental y excitamos uno. El "agujero" dejado por la partícula excitada se comporta como la partícula misma, pero puede recombinarse con una partícula excitada sin cambio de energía neta, por lo que se puede considerar que tiene una energía negativa.

En este caso, el agujero tiene masa negativa porque está en un "mar" de partículas de masa positiva, y eliminarlas conduce a un agujero con masa negativa. Y se comporta de manera similar desde el POV como la gravedad.

En el caso general, una antipartícula tiene la misma energía que una partícula.

Aquí hay un argumento ingenuo para esperar que tanto la materia como la antimateria tengan propiedades "atractivas" bajo la gravedad. La relatividad general describe la gravedad en términos de un tensor de valencia 2$g_{\mu\nu}$. Tras la cuantificación, por lo tanto, se esperaría un giro$2$partícula. El propagador podría verse algo como

que en el límite no relativista produce un potencial universalmente atractivo al comparar la dispersión de baja energía con la aproximación QM Born. Para más detalles ver Peskin y Schroeder página 126.

¡La antimateria no es la solución de energía negativa a la relación energía-momento! Incluso en el modelo de mar de Dirac no lo es. En el modelo del mar de Dirac, los modos de energía negativa están todos llenos de electrones, y la ausencia de uno de esos electrones es un positrón. Así como la ausencia de una partícula de energía positiva tiene (hablando en términos relativos) una energía negativa, la ausencia de una partícula de energía negativa tiene (hablando en términos relativos) una energía positiva. Entonces, el mar de Dirac predice que los positrones tienen la misma energía positiva que los electrones.

También sabemos experimentalmente que los positrones tienen energía positiva y masa de inercia positiva. Si los positrones y los electrones se repelen entre sí gravitacionalmente, entonces los positrones tienen una masa gravitacional que es negativa y, por lo tanto, no es igual a su masa inercial. Eso viola el principio de equivalencia. Sin el principio de equivalencia, el modelo de espacio-tiempo de la gravedad no funciona. No hay duda en ese punto de que los positrones curvan el espacio-tiempo en la dirección opuesta, porque toda la noción de que la gravedad es geometría del espacio-tiempo está muerta. No hace falta decir que no considero que esto sea muy probable.

El signo del tensor tensión-energía no cambia para la antimateria. Hay varias condiciones de energía (ANEC, WEC, etc.) que estipulan varios límites en el tensor de energía de estrés, pero las únicas cosas que las violan son los efectos cuánticos de pequeña escala como la fuerza de Casimir, el campo de inflación escalar y la energía oscura ( que aún no sabemos qué es, pero podría ser, por ejemplo, la constante cosmológica).

El experimento ALPHA demuestra que la antimateria (en este caso, el anti hidrógeno) se comporta igual que la materia en un campo gravitatorio:

http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/ncomms2787.html

La respuesta a su pregunta no se conoce actualmente. Basado en GR, se cree que la antimateria curvará el espacio de la misma manera que la materia ordinaria. Pero si la antimateria y la materia se repelen, entonces GR no es correcto. Entonces, los principios fundamentales son completamente diferentes, véase, por ejemplo, el documento de Cabbolet: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.201000063/abstract Difícil de leer, pero la introducción es accesible. Entonces podrías obtener que la antimateria curva el espacio-tiempo en dirección opuesta. sergey

Solo un argumento simple (¿trivial?) Contra la antimateria que tiene masa negativa (o curvatura inversa):

Tienes una estrella (o una sola partícula, si lo prefieres) hecha de materia normal y otra hecha de pura antimateria (o una antipartícula). Los empujas uno contra el otro (por la fuerza, o lo que sea), de modo que se aniquilan entre sí por completo, dándote una gran cantidad de radiación electromagnética. ¿Qué pasará con la curvatura? ¿Espaciotiempo plano? (si la estrella de antimateria invierte la curvatura) Y, sin embargo, la energía electromagnética también curva el espacio-tiempo, como la materia normal. ¡Así es la antimateria!

Para la antimateria, el signo del tensor de tensión-energía cambiaría, a medida que cambia el signo de la energía. ¿Cambiaría esto el signo del tensor de Einstein, haciendo que el espacio-tiempo se curvara en la dirección opuesta a como se curvaría si en su lugar hubiera materia normal con energía positiva?

El signo del tensor tensión-energía no cambiaría. La interpretación del agujero se ha mencionado en otras respuestas, pero prefiero la interpretación de Feynman-Stuckelberg, ya que se ajusta más a la estructura matemática, así como a la observación física, y funciona para todas las partículas, no solo para los fermiones.

La energía es el componente temporal de un cuadrivector. Una energía negativa sería una partícula que retrocede en el tiempo. Por lo tanto, veríamos la creación de una partícula de energía negativa como la aniquilación de una antipartícula de energía positiva, y la aniquilación de una partícula de energía negativa como la creación de una antipartícula de energía positiva (exactamente como se expresa en los operadores de campo).

Es inequívocamente el caso en que observamos antipartículas con energía positiva.

Si bien creo que la respuesta a esto es DESCONOCIDA, tengo algunas ideas para agregar al argumento.

Si te imaginas la gravedad como un campo que dobla la estructura del espacio-tiempo, entonces puedes imaginar cómo sería una deformación inversa del espacio-tiempo y cómo afectaría eso a algo como un fotón que pasa cerca.

En ambos casos, el fotón tendría un efecto de lente idéntico y, por lo tanto, parecería que la gravedad se comporta de manera idéntica. Es decir, la orientación de la deformación es irrelevante.

Si ahora mueve dos partículas juntas, una antipartícula con una curvatura gravitacional inversa imaginada, la curvatura combinada del espacio-tiempo se reduciría a medida que comienzan a cancelarse. Eventualmente se aplanará y no habrá nada que controle la energía de cada partícula. Se convertiría de una masa en energía como se esperaba para una colisión de materia y antimateria.

Llevando esto más lejos, puede eliminar la necesidad de que un agujero negro contenga una singularidad. Si considera que toda la masa es energía mantenida en su lugar por campos, incluida la distorsión del espacio-tiempo, nada en las dimensiones que percibimos necesita ser verdaderamente sólido. Dos electrones, por ejemplo, podrían ocupar el mismo espacio, su tamaño no cambiaría con respecto al tamaño de un electrón, pero su carga sería x2 y su efecto gravitatorio en el espacio-tiempo también sería el doble que el de un electrón individual.

Todo esto son conjeturas ya que las matemáticas y otras teorías están más allá de mi conocimiento. Sin embargo, las teorías son solo eso y el pensamiento libre es siempre el mejor punto de partida y debe comenzar desde una pizarra en blanco.