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:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Tesla выпустит электромобиль-амфибию 10.04.2014 Когда Tesla решила создать полностью электрический спорт-кар, способный составить конкуренцию бензиновым собратьями в этом классе, многие сомневались, что это предприятие окажется успешным. Но Tesla предъявила "Roadster", с ускорением до 60 миль в час (96,6 км/ч) за 3,7 сек. Решение о создании электрического седана, способного конкурировать с автомобилями BMW и Mercedes, увенчалось успехом. Модель S признана многими как лучшая серийно производимая машина в мире. Tesla смогла переманить множество клиентов у таких известных брендов как BMW, Mercedes, Audi и Toyota. Позднее появилась Tesla Model X - авто представительского класса с мощностью спорт-кара и функциями внедорожника. Распашные двери - т.н. "крылья сокола" - являются визитной карточкой этой модели. Также ожидается появление электромобиля Model E с характеристиками, аналогичными Model S, но при этом вдвое дешевле. Но и на этом Tesla не собирается останавливаться. В планах компании - создание электромобиля-амфибии Model Y, способного трансформироваться в лодку. До этого существовал только один серийно выпускаемый гражданский автомобиль-амфибия - немецкий Amficar, который выпускался с 1961 по 1964 гг. Электромобиль Tesla Model Y окажется полезным для тех регионов, в которых имеется опасность затопления, возрастающая по мере изменения климата. Фотографии Model Y пока недоступны, однако Элон Маск, гендиректор и главный разработчик продукции заявил, что новый электрокар похож на Model X. При этом у Model Y не будет "крыльев сокола", а двери, похожие на ласты дельфина, будут открываться соответствующим образом.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025