Звуковые волны могут переносить массу
В течение многих лет физики были уверены, что звуковые волны несут энергию, но не было никаких доказательств того, что они также несут массу.
Физики из Колумбийского университета нашли больше доказательств того, что звуковые волны несут массу. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Анджело Эспозито, Рафаэль Кричевский и Альберто Николис описывают использование эффективных методов теории поля для подтверждения результатов, найденных командой в прошлом году, пытающейся измерить массу, переносимую звуковыми волнами.
В течение многих лет физики были уверены, что звуковые волны несут энергию, но не было никаких доказательств того, что они также несут массу. Казалось, нет никаких оснований полагать, что они будут генерировать гравитационное поле.
Но это изменилось в прошлом году, когда ученые нашли доказательства того, что обычное мышление ошибочно. Они использовали квантовую теорию поля, чтобы показать, что звуковые волны, движущиеся через сверхтекучий гелий, несут с собой небольшое количество массы.
Точнее говоря, они обнаружили, что фононы взаимодействовали с гравитационным полем таким образом, что оно заставляло их нести массу, пока они перемещались через материал. В своей новой работе исследователи сообщают о свидетельствах того, что результаты справедливы для большинства материалов.
Используя теорию поля, они показали, что звуковая волна в один ватт, которая движется в течение одной секунды в воде, будет нести массу приблизительно 0,1 миллиграмма. Они также отмечают, что масса оказалась частью общей массы системы, которая двигалась вместе с волной, поскольку она была перемещена с одного места на другое.
Важно отметить, что исследователи фактически не измеряли массу, переносимую звуковой волной, — они использовали математику, чтобы доказать, что это происходит. Для реальных измерений они предполагают, что эксперименты могут проводиться со звуковыми волнами, когда они движутся через конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из очень холодных атомов — такая установка должна показывать достаточную массу, переносимую для измерения.
Но они также отмечают, что лучшим подходом может быть измерение массы, переносимой звуковыми волнами, проходящими через Землю как часть землетрясения. Этот сильный звук может нести миллиарды килограммов массы, которые могут быть видны на устройствах, которые измеряют гравитационные поля.
Немного ранее, буквально в августе 2018 года: Возможно, существует «гравитация наоборот»
Мир, каким мы его знаем, подчиняется законам Ньютона: то, что летит наверх, потом все равно должно упасть вниз. Но команда физиков из Колумбийского университета выдвинула теорию, которая переворачивает все с ног на голову. Она гласит, что могут быть частицы с отрицательной массой, которые под действием силы тяжести движутся вверх, а не вниз.
Согласно их статье, это не какая-то странная субатомная частица, обладающая необычными свойствами, а частицы звука, которые мы слышим и производим каждый день. Они называются фононами и движутся против силы тяжести. Это очень странно, не правда ли? В конце концов, звук не является даже физическим объектом, так как же сила тяжести может повлиять на него?
Этот парадокс лежит в основе новой гипотезы – что звуковые волны действительно могут нести массу. Отрицательную массу. И эта отрицательная масса создает собственные крошечные отрицательные гравитационные поля, которые подталкивают их вверх, а не вниз.
Конечно, нужно сделать несколько оговорок, чтобы обсуждать эту идею.
Во-первых, (и главное) эта статья является чисто теоретической. Это означает, что исследователи просто выдвинули гипотезу и выполнили некоторые вычисления, которые показали, что теоретически это может быть правдой. Это не значит, что они нашли какие-либо физические доказательства, что звуковые волны несут отрицательную массу, они просто показали, что если бы это было так, это не нарушило бы ничего другого в физике.
Во-вторых, документ был опубликован только предварительно. Нужно дождаться оценки этих выкладок независимыми экспертами, прежде чем мы слишком увлечемся.
Теперь, сохраняя эти пункты в памяти, надо сказать, что эта идея на самом деле не сумасшедшая.
Мы знаем, что существуют частицы отрицательной массы, и они движутся против силы в противоположном направлении, чем ожидалось. Только в прошлом году исследователи создали масляную жидкость с отрицательной массой в лаборатории. Так, получается, что частицы с отрицательной массой могут быть реальны. Но звуковые волны на самом деле не частицы, не так ли? Звуковые волны движутся через вещество и вызывают вибрации в молекулах вокруг него, что приводит к тому, что эти вибрации передаются и попадают на наши барабанные перепонки, чтобы мы могли слышать.
Но, хотя они и не являются частицами в традиционном смысле, звуковые волны могут быть математически описаны как частицы, называемые фононами. Тем не менее, ранее считалось, что эти фононы не могут быть затронуты гравитацией или оказывать влияние на гравитацию, поскольку они не переносят массу.
Но более ранние исследования лидера команды Альберто Николиса, которые были опубликован в журнале Physical Review Letters в мае, дали некоторые экспериментальные доказательства того, что и это может быть не так однозначно.
Эксперимент проводился в сверхтекучих условиях с нулевой температурой, которые представляют собой странный тип жидкости, движущейся без какого-либо сопротивления при температурах, близких к абсолютному нулю. Николис и его команда сообщали о том, что в этих условиях траектории фононов искривляются вверх, по-видимому, в противостоянии эффекту гравитации.
Последняя статья Николиса основывается на идее, что фононы генерируют какое-то отрицательное гравитационное поле.
Если обобщать, то команда смогла математически доказать, что классические звуковые волны могут переносить массу, а не только в сверхтекучих жидкостях или в квантовом мире, но и в реальных условиях. Они также описывают способы экспериментальной проверки этой идеи в будущем.
И это важно не только потому, что это может изменить наше фундаментальное понимание звуковых волн, которые существуют вокруг нас все время. А еще и потому, что это поможет описать поведение таких объектов как нейтронная звезда, в ядрах которых звуковые волны движутся со скоростью света.
Источники:
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.084501
sciencealert.com/physicists-say-there-could-be-a-strange-source-of-negative-gravity-all-around-us
Взято: masterok.livejournal.com