Fononii acustici, o sursă de gravitaţie negativă?

Lumea macroscopică, așa cum o știm, este guvernată de legile mișcării și gravitației ale lui Newton sau, altfel spus, ceea ce urcă trebuie să şi coboare. Cu toate acestea, o echipă de fizicieni de la Columbia University a prezentat recent o lucrare teoretică care contrazice această afirmaţie.

Fizicienii susţin că ar putea exista particule cu masă negativă care sub influenţa gravitaţiei în loc să coboare se vor deplasa în sus și că aceste particule ar fi peste tot în jurul nostru.

De asemenea, n-ar fi vorba despre nişte particule subatomice ciudate care ar avea această proprietate, ci de fononi, particulele care dau naştere sunetului şi care reacţionează contrar forței gravitaționale.

Destul de ciudat, nu-i așa? În fond sunetul nu este un obiect fizic, deci cum ar putea gravitaţia să aibă vreun efect asupra lui?

Acest paradox stă la baza noii ipoteze lansate de fizicieni.

Cum ar fi dacă undele sonore transportă masă şi nu orice fel de masă, ci o masă negativă care generează câmpuri gravitaționale negative.

Credit: Valerie Loiseleux/iStock

Trebuie să recunoaştem că afirmaţiile fizicienilor sunt cel puţin surprinzătoare, dar trebuie să ţinem cont de trei lucruri.

În primul rând și cel mai important, această lucrare este pur teoretică, adică cercetătorii au prezentat, pur și simplu, o ipoteză și au efectuat calcule detaliate pe baza ei arătând că, în teorie, aceasta ar putea fi adevărată.

Acest lucru nu înseamnă că fizicienii au descoperit dovezi fizice conform cărora undele sonore transportă o masă negativă. Totuși, ei au arătat că dacă acest lucru este real, legile actuale ale fizicii nu se schimbă.

Al doilea lucru de care trebuie să ţinem cont este că lucrarea cercetătorilor a fost publicată doar pe site-ul arXiv, înainte de a fi verificată și de alţi fizicieni.

Cel de-al treilea lucru pe care trebuie să-l ştim este că această ipoteză nu este chiar atât de stranie pe cât s-ar putea crede.

Ştim deja că există particule cu masă negativă care sub acţiunea unei forţe se deplasează într-o direcție opusă celei la care ne așteptăm.

Anul trecut cercetătorii au creat în condiţii de laborator, pentru prima dată, un fluid având masă negativă. Atunci când acesta este împins într-o direcţie el accelerează într-o direcţie opusă.

În consecinţă, particulele cu masă negativă ar putea fi reale, dar undele sonore ar putea fi particule?

În anii 1930, fizicienii au început să modeleze vibraţiile atomice cu ajutorul particulelor, într-un mod similar celui prin care lumina este şi undă, dar şi particulă. Particula asociată undelor luminoase este denumită foton. Fizicienii au denumit particulele asociate undelor sonore „fononi”, de la cuvântul din limba greacă pentru sunet.

În prezent fizicienii consideră fononii ca pe nişte cvasiparticule, acestea având proprietăţi atât de undă, cât şi de particulă. Prin intermediul fononilor se propagă atât sunetul, cât şi căldura.

Deşi nu sunt considerate particule în sensul tradițional, undele sonore pot fi descrise matematic ca particule denumite fononi.

Despre fononi s-a presupus că nu interacţionează deloc gravitaţional, deoarece nu au masă.

Cu toate acestea, unele cercetări anterioare realizate de conducătorul echipei de fizicieni, Alberto Nicolis, au oferit dovezi experimentale că această presupunere s-ar putea să nu fie adevărată, cel puțin în anumite condiții extreme.

Experimentul a fost realizat în superfluide având o temperatură apropiată de 0 K, atunci când acestea curg fără a întâmpina rezistență la înaintare. Nicolis și cercetătorii din echipa sa au anunţat că traiectoriile fononilor se înclină în sus, într-o direcţie opusă efectului gravitației.

„Într-un câmp gravitaţional fononii accelerează lent într-o direcția opusă celei la care vă aşteptaţi, contrar gravitaţiei”, a declarat Rafael Krichevsky, un membru al echipei de fizicieni, pentru Live Science.

Cea mai recentă lucrare a lui Nicolis se bazează pe ideea că fononii generează un câmp gravitațional negativ.

Fizicienii sugerează că „masa fononului generează un câmp gravitaţional slab și sursa acestui câmp gravitațional se deplasează odată cu fononul. Astfel, într-un sens fizic, fononul poartă o masă (negativă)”.

Practic, fizicienii au arătat, din punct de vedere matematic, că undele sonore ar putea transporta masă și nu doar în superfluide sau în lumea cuantică, ci și în lumea macroscopică.

„În contradicție cu concepţia actuală, am arătat că undele sonore transportă o masă gravitațională într-un sens standard newtonian: ele sunt afectate de gravitaţie şi generează câmp gravitaţional”, concluzionează fizicienii.

Lucrarea a fost publicată și poate fi citită în întregime pe site-ul arXiv sub titlul „The mass of sound„.

Sursă: Science Alert