Ученые заподозрили фононы в обладании массой и… отрицательной гравитацией

Трое физиков из Колумбийского университета наделали шума со своей новой теорией о фононах — они предполагают, что эти частицы могут иметь отрицательную массу и, вследствие этого, отрицательную гравитацию. Ангело Эспосито, Рафаэль Кричевский и Альберто Николис написали статью в поддержку своей теории и выгрузили ее на сервер препринтов arXiv.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Большинство теорий изображают звуковые волны скорее как коллективное событие, нежели как физическую вещь. Их рассматривают как движение молекул, натыкающихся друг на друга, подобно шарам на бильярдном поле — энергия одного шара, сбивающего следующий, и так далее — когда любое движение в одном направлении компенсируется движением в противоположном. В такой модели звук не имеет массы и, следовательно, не может быть затронут гравитацией. Но это не вся история. В своей работе ученые предположили, что современная теория не в полной мере объясняет все, что наблюдается.

Звук обладает массой?

В последние годы физики придумали слово, которым описывается поведение звуковых волн в очень малом масштабе — фонон. Он описывает сложный способ взаимодействия звуковых вибраций с молекулами, благодаря которым распространяется звук. Этот термин оказался полезен, потому что позволил применять принципы для звука, которые ранее применялись к реальным частицам. Но никто не предполагал, что звук на самом деле представлен частицами-фононами, поэтому и массы у них не было. В новой работе ученые допустили, что фонон может иметь отрицательную массу, а вследствие этого и отрицательную гравитацию.

Чтобы понять, как это возможно, ученые использовали контейнер с жидкостью в качестве примера. В чаше воды частица воды плотнее на дне чашки, чем те, что наверху — потому что гравитация тянет их вниз. Но также известно, что звук движется быстрее по более плотному материалу. Что же происходит с фононом, когда он сталкивается с этим расхождением? Ученые предположили, что он будет отклоняться вверх, демонстрируя свойства отрицательной гравитации. Также они предположили, что то же самое будет справедливо для звука в воздухе вокруг нас, из-за чего он будет нарастать. Сейчас эти зацепки слишком малы, чтобы их можно было измерить с помощью подходящего оборудования, но однажды улучшения в области технологий могут позволить проверить эту теорию.