Acum avem mai multe dovezi că undele sonore într-adevăr transportă masă

Tradițional, atunci când ne gândim la undele sonore, ne închipuim vibraţii invizibile ce se deplasează imponderabil prin aer — fără a purta nici o masă.

Aceasta s-ar putea schimba.

Fizicienii tocmai au furnizat dovezi suplimentare că particulele de sunet pot ca atare purta cantități mici de masă.

Şi aceasta înseamnă că ele pot produce propriile câmpuri gravitaționale — ceea ce ar putea avea un rol important pentru înţelegerea noastră a spaţiului.

Dar, haideți pentru început să ne întoarcem un pic la elementele de bază.

Loviţi o minge şi voi îi oferiți o oarecare energie.

Einstein vă va spune, că voi, de asemenea, aţi contribuit cu o mică masă, făcând-o să accelereze.

Dacă mingea ar fi o particulă mică, iar lovitura o undă sonoră, vă puteţi imaginea același lucru.

Cu toate acestea, de zeci de ani, fizicienii dezbăteau faptul că impulsul din valul agitației particulelor se adună într-o cantitate de masă netă.

Anul trecut, fizicianul Alberto Nicolis, de la Universitatea Columbia din New York, a colaborat cu un coleg, de la Universitatea Pennsylvaniei din Philadelphia, pentru a investiga modul în care (en) diferite valuri se distrug şi se risipesc într-un fluid rece de heliu.

Ei nu doar au arătat că sunetele pot de fapt genera o valoare nenulă de masă, dar şi că ele, de asemenea, ar putea să „plutească” de-a lungul câmpurilor gravitaționale într-un sens antigravitație.

Acesta ar putea fi nu într-atât de substanțial pentru bubuitul şi scârțâitul relativ silențios de pe Pământ, dar în cazul zgomotelor care pulsează prin aşa obiecte dense precum stelele neutronice, interacțiunea dintre undele sonore masive şi gravitație ar putea fi importante.

Deşi, cercetătorii au admis o astfel de posibilitate, ia s-a limitat la un anumit set de condiții.

Deci, Nicolis a folosit acum un set diferit de tehnici, pentru a arăta că sunetele au o masă în lichide şi corpurile solide obişnuite şi chiar creează un câmp gravitațional slab.

Noua lor concluzie contrazice opinia că fononii sunt fără masă.

Mișcările lor nu doar răspund în moduri ciudate la câmpul gravitațional, dar şi sunt o sursă de câmp în sine.

Într-un sens Newtonian, aceasta este însăși definiția masei.

De ce există aşa de multă confuzie în legătură cu această problemă?

Miezul problemei este modul în care undele se deplasează printr-un mediu.

Aşa precum o undă de lumină este numită foton, o undă de vibrații poate fi considerată ca o unitate numită fonon.

Imaginați-vă că vă aflați la un concert rock, bucurându-vă de spectacol.

Masa corpului vostru este aceeaşi ca şi atunci când aţi urcat dimineața pe cântar.

Apoi, începe piesa tulburătoare şi vecinii voștri vă împing, accelerând corpul vostru.

Legea lui Einstein (en) — ceea care spune că energia este egală cu masa înmulțită la viteza luminii la pătrat — spune că mica cantitate de energie pe care o obțineți de la împingere, este, de asemenea, masă.

Vedeţi şi: Deja Oficial: Au fost detectate undele gravitaţionale, Einstein a avut dreptate

Ciocnirea cu următoarea persoană, transferă energia între ei împreună cu o cantitate imperceptibilă de masă mică.

În această metaforă, secvența de lovituri, îndreptate înainte şi înapoi prin mulțime, este fononul şi, din moment ce se transferă energie, voi puteți fi iertat pentru faptul dacă imediat veți deduce că aceasta este la fel o mișcare de masă.

În astfel de condiții simple, mișcarea perfectă înainte şi înapoi a corpurilor şi transferul direct al impulsului, poate fi descris ca o formă de dispersie liniară (en).

În timp ce nivelele de energie pot fluctua în timpul împingerii înainte şi înapoi, corpul vostru se resetează pentru a nu da nici o masă generală întregului ciclu de fonon.

Această dispersie liniară, dă fiecărui fonon o masă netă de nimic, la fel ca în cazul fotonilor de lumină (en).

Dar, realitatea nu este întotdeauna atât de simplă.

Undele de lumină care se deplasează printr-un vid şi fononii printr-un material teoretic perfect, ar putea fi într-adevăr lineare, dar solidele şi fluidele care se înghiontesc între ele se supun unei varietăți de alte legi, în funcție de anumite câmpuri şi influențe.

Aceasta este un pic mai complicat, în dependenţă de starea mediului şi a componentelor.

Vedeţi şi: 18 Cele mai mari întrebări şi fenomene din fizică rămase nesoluționate

Deci, folosind aproximările, cunoscute ca teoria efectivă a câmpului, Nicolis şi colegii săi de la Universitatea Columbia, Angelo Esposito şi Rafael Krichevsk, au primit un înțeles larg privind modul în care fononul călătorește prin astfel de medii şi cum să calculeze răspunsul lor la un câmp gravitațional.

Şi ceea ce au arătat ei a fost că, chiar şi în aceste condiții dezordonate a „lumii reale”, undele sonore ar putea purta masă.

Ca să fie clar, masa nu este într-atât de imensă, precum v-aţi putea aștepta.

Noi vorbim de o masă aproximativ egală cu cantitatea de energie din fonon împărțită la pătratul vitezei luminii. Într-atât… de mică.

De asemenea, este important să aveți în vedere că matematica din spatele afirmației nu a fost testată.

Dacă de lăsat la o parte bazele sunetului, cineva acum trebuie să măsoare schimbările gravitaționale în atomii răciți până la aproape zero absolut, ceva ce ar putea fi posibil în timp ce explorăm astfel de condense în spaţiu (en) (Condensul Bose-Einstein — o stare în care atomii ultra-răciți ar trebui să se oprească).

O modalitatea alternativă mai uşoară, sugerează cercetătorii, ar putea fi cântărirea cutremurelor.

Sunetul generat de un cutremur mare ar putea cântări miliarde de kilograme de masă.

Se va isprăvi oare cineva cu această provocare?

Cercetarea a fost publicată în Physical Review Letters.