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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Носимый ультразвуковой пластырь UPatch для мониторинга беременности 19.06.2026

Беременность - один из самых ответственных периодов в жизни женщины, когда выявление любых отклонений может сыграть решающую роль в здоровье матери и ребенка. Современные методы мониторинга, такие как периодическое ультразвуковое исследование и кардиотокография, имеют серьезные ограничения: они дают лишь кратковременные снимки состояния и часто сопровождаются ложными тревогами. Ученые предложили инновационное решение в виде носимого ультразвукового пластыря, который способен вести непрерывное наблюдение за плодом прямо в утробе матери. Эта технология, получившая название UPatch, открывает новые возможности для раннего обнаружения осложнений и более полного понимания развития ребенка. Разработка UPatch представляет собой первый в своем роде мягкий носимый ультразвуковой датчик, способный в реальном времени фиксировать анатомические структуры плода, кровоток в сосудах и работу пуповины. Устройство компенсирует движения плода и слабые сигналы из глубоких тканей благодаря специальным ал ...>>

Планшет-бумбокс Lenovo Tab Plus Gen 2 18.06.2026

Компания Lenovo представила Tab Plus Gen 2 - обновленную версию популярной модели 2024 года. Новинка получила более крупный дисплей, усиленную аудиосистему и современное программное обеспечение, что делает ее привлекательным выбором для тех, кто любит смотреть видео, слушать музыку и работать в мобильном формате. Устройство сочетает в себе возможности планшета и портативной колонки, подчеркивая акцент на развлечениях. Одним из главных улучшений стал экран, диагональ которого выросла с 11,5 до 12,1 дюйма. Это LCD-панель с высоким разрешением 2560 х 1600 пикселей (2,5K), частотой обновления 120 Гц, поддержкой Dolby Vision и HDR10. В режиме высокой яркости дисплей способен достигать 800 нит, что обеспечивает комфортное восприятие контента даже в хорошо освещенных помещениях. Благодаря этим характеристикам изображение становится более детализированным и плавным. Особое внимание производитель уделил звуку. Аудиосистема планшета теперь включает девять динамиков JBL с поддержкой Dolby A ...>>

Случайная новость из Архива На костяных коньках 15.09.2008 Коньки изобрели не для развлечения, а как средство передвижения. К такому выводу пришли английские и итальянские физиологи. Коньки, сделанные из оленьих или лосиных костей и привязанные к ногам кожаными ремешками, впервые появились на юге Скандинавии около 3000 лет назад. В этом районе очень много озер, зимой они замерзают, что позволяет сокращать путь - идти прямо по льду вместо того, чтобы огибать каждое озеро по берегу. Физиологи попросили группу добровольцев бегать по замерзшему озеру на копии древних коньков. Другая группа просто шла по льду. При этом у тех и у других замеряли частоту пульса и потребление кислорода, что позволяет судить о расходе энергии. Оказалось, что конькобежцы перемещались вдвое быстрее пеших, экономя притом 10% энергии.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026