Власть над гравитацией: ученые открыли новое свойство звука

Власть над гравитацией: ученые открыли новое свойство звука
Грядет новый теоретический подход к описанию звуковых волн: ученые предполагают, что фононы (звуковые квазичастицы) обладают антигравитацией, из-за чего могут двигаться против силы тяжести

Это предположение ученых-физиков подразумевает новый теоретический подход к описанию звуковых волн, согласно которому фононы могут переносить массу.

С точки зрения теоретической физики звуковые волны можно описать в виде квазичастиц — квантов колебания среды, которые называют фононами. Так как в газе частицы не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, в такой среде могут распространяться только поперечные звуковые волны, которые представляют собой периодическое изменение давления. Стандартная теория предполагает, что в этом случае частицы в среднем покоятся, значит, масса не переносится в макроскопических масштабах. Из этого следует, что сами фононы должны быть безмассовыми и не взаимодействовать с гравитацией напрямую.

В статье, которая была опубликована в мае этого года на страницах журнала Physical Review B, американские физики теоретически предсказали, что фононы действительно двигаются под действием гравитации, причем неожиданным образом. Данная работа проводилась с ограничениями: физики исследовали только возбуждения в сверхтекучей жидкости при нулевой температуре. Теперь же ученые расширили описание, включив в него также твердые тела и обычные жидкости. Как выяснили авторы исследования, «крошечная эффективная гравитационная масса фононов порождает слабое гравитационное поле, источник которого двигается вместе с фононом». Так, с физической точки зрения фононы обладают отрицательной массой.

Эффект, который предсказывает эта теория, слишком мал, чтобы современное оборудование смогло зарегистрировать его непосредственно. Кроме того, потенциально такие траектории фононов можно объяснить и иначе. Тем не менее физики предлагают идею еще одного эксперимента, который сможет проверить их теорию. Для этого нужно очень точно измерить, как искривляется направление движения фононов в среде, находящейся под действием гравитации.

Гипотеза объясняет, что звуковые волны, вопреки стандартной точке зрения, обладают гравитационной массой в обычном ньютоновском смысле: сила тяжести на них действует, но и они сами становятся источником гравитации. При этом, даже если новая теория верна, она вряд ли изменит наше представление о звуках, что окружают нас в повседневной жизни. Но существуют тела, где эти явления могут быть очень важны — например, внутренности нейтронных звезд, где огромная плотность и гравитация приводят к возникновению звуковых волн, двигающихся почти со скоростью света.