Звуковые волны - источники отрицательной гравитации, имеющие отрицательную массу

30.08.2018

С точки зрения классической физики, известной нам еще со времен школьной скамьи, звуковые волны не являются носителем массы. Они лишь переносят импульс энергии, которая заставляет колебаться атомы или молекулы вещества, через которое они проходят. Однако, исследователи из Колумбийского университета после серии теоретических изысканий и расчетов определили, что звуковые волны, представленные в виде квазичастиц - фононов, не только имеют массу, но и производят очень слабое гравитационное поле. Более того, согласно результатам этих расчетов, фононы имеют отрицательную массу и, как следствие, вырабатывают отрицательную гравитацию.

Первый признак, указывающий на наличие отличной от нуля массы у звуковых волн, содержится в так называемой теории точечных частиц (point-particle theory). Согласно этой теории, фононы, находящиеся в среде сверхтекучих жидкостей (супержидкости) при температуре близкой к температуре абсолютного нуля, подвергаются воздействию сил гравитации, при этом, сила взаимодействий зависит исключительно от энергии (импульса) фонона и уравнения, описывающего состояние супержидкости. Если взять за основу традиционные уравнения, то величина взаимодействий фонона и гравитации соответствует отрицательной массе квазичастицы, т.е. под воздействием земной гравитации, к примеру, траектория движения фонона будет загибаться вверх.

Такой эффект абсолютно эквивалентен эффекту стандартного преломления, описываемого законом Снеллиуса (Snell's law). В присутствии гравитации давление супержидкости зависит от глубины, а от давления, в свою очередь, зависит скорость распространения звуковых волн. В результате этого, фононы в супержидкости не движутся по прямым путям, а это отклонение очень хорошо описывается с точки зрения наличия "гравитационной массы" фонона.

Вычисления массы фонона показали, что она имеет весьма маленькую величину. Если взять супержидкость из гелия-4 и создать в ней фонон с очень высокой для этого вида частиц энергией (1 КэВ/с), то его масса составит 1 ГэВ/с2, т.е. не более массы одного атома гелия.

Сейчас ученые разрабатывают экспериментальную установку, при помощи которой эффект "гравитационной массы" фонона может быть обнаружен и изучен на практике. Предполагается, что роль супержидкости в этой установке будет играть облако сверхожлажденных атомов (конденсат Бозе-Эйнштейна) или определенные молекулярные газы, при помощи которых можно получить низкие значения скорости звуковых волн.

Одним из препятствий, которое стоит на пути ученых, является то, что современные атомные часы и квантовые гравитометры могут обнаруживать изменения гравитационных полей не менее нескольких долей нм/с2. Этого недостаточно для проведения измерений массы фононов и ученым придется прибегнуть к некоторым уловкам для того, чтобы усилить изучаемый эффект. В ином же случае им придется ждать еще достаточно долго, пока не появятся измерительные методы следующих поколений, имеющие приемлемый порог чувствительности.

<< Назад: Силу гравитации уточнили 30.08.2018

>> Вперед: Сверхскоростной защищенный карманный накопитель Samsung Portable SSD X5 29.08.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Новые микросхемы семейства Bluetooth 27.01.2004 Компания NATIONAL SEMICONDUCTOR объявила о выпуске новых микросхем семейства Bluetooth, которые совместимы с недавно появившейся версией Bluetooth 1.2. Микросхема LMX5252 представляет собой радиопередатчик системы Bluetooth, микросхема LMX5452 кроме собственно приемника включает в себя процессор версии Bluetooth 1.2. Первая из них выпускается в корпусе LLP-36, вторая - в корпусе BGA-64. Микросхемы предназначены для мобильных телефонов и персональных цифровых секретарей.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025