Trio naukowców z Columbia University znalazło nowe dowody na to, że fale dźwiękowe przenoszą masę. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Physical Review Letters Angelo Esposito, Rafael Krichevsky i Alberto Nicolis opisali zastosowanie skutecznych technik teorii pola w celu potwierdzenia ustaleń zespołu w zeszłym roku, kiedy próbowali zmierzyć masę przenoszoną przez fale dźwiękowe.
Dźwięk niesie masę. Dlaczego to jest ważne?
Fizycy przez wiele lat byli przekonani, że fale dźwiękowe niosą energię, ale nie było dowodów na to, że przenoszą także masę. Wydawało się, że nie ma powodu, by sądzić, że wytworzą pole grawitacyjne. Zmieniło się to w zeszłym roku, gdy Nicolis i inny fizyk Riccardo Penco odkryli dowody sugerujące, że konwencjonalna mądrość może się mylić. Wykorzystali kwantową teorię pola, aby wykazać, że fale dźwiękowe przemieszczające się w nadciekłym helu niosą ze sobą niewielką ilość masy. Mówiąc dokładniej, odkryli, że fonony oddziałują z polem grawitacyjnym w taki sposób, że są zmuszone do przenoszenia masy podczas przemieszczania się przez ośrodek. W nowej pracy naukowcy stwierdzili, że podobne wyniki są prawdziwe w przypadku większości materiałów.
Korzystając z efektywnej teorii pola, wykazali, że fala dźwiękowa o mocy jednego wata, która przemieszcza się w wodzie przez sekundę, przenosi masę około 0,1 miligrama. Zauważają również, że ta masa była częścią całkowitej masy układu, który poruszał się wraz z falą, gdy przemieszczał się z jednego miejsca do drugiego.
Należy zauważyć, że naukowcy tak naprawdę nie zmierzyli masy niesionej przez falę dźwiękową - użyli matematyki, aby udowodnić, że tak się dzieje. W przypadku rzeczywistych pomiarów zasugerowali eksperymenty, które można by przeprowadzić z falami dźwiękowymi w kondensacie bardzo zimnych atomów Bosego-Einsteina - taka konfiguracja powinna wykazywać wystarczającą masę, aby można było przenieść ją do pomiaru. Zauważają również, że najlepszym podejściem może być pomiar masy przenoszonej przez fale dźwiękowe, które przemieszczają się przez Ziemię w ramach trzęsienia ziemi. Taki dźwięk może przenosić miliardy kilogramów masy, co będzie widoczne na urządzeniach mierzących pole grawitacyjne.
Ilya Khel
