Звуковые волны переносят гравитационную массу: Революционное открытие ученых

Научные основы открытия

Традиционно физики считали, что звуковые волны — это всего лишь колебания среды, переносящие энергию, но не массу. Однако недавние исследования, проведенные командой из Колумбийского университета, включая Альберто Николиса (англ. Alberto Nicolis), Рафаэля Кричевского (англ. Rafael Krichevsky) и Анджело Эспозито (англ. Angelo Esposito), показали обратное. В своей работе, опубликованной в 2019 году в журнале Physical Review Letters , они продемонстрировали, что звуковые волны, или фононы, в сверхтекучем гелии обладают эффективной гравитационной массой.

Сверхтекучий гелий — это особое состояние вещества при очень низких температурах, где оно ведет себя как идеальная жидкость без вязкости. В таком состоянии звуковые волны распространяются с минимальными потерями, и именно здесь ученые смогли рассчитать, что фононы не только взаимодействуют с гравитацией, но и сами генерируют слабое гравитационное поле. Это означает, что звук может "падать вверх" в гравитационном поле Земли, поскольку масса оказывается отрицательной .

Чтобы понять это глубже, рассмотрим теоретический фон. В квантовой механике фононы — это квазичастицы, описывающие коллективные колебания атомов в твердом теле или жидкости. В суперфлюиде, таком как гелий-4, спектр возбуждений включает фононы с линейной дисперсией и ротоны с квадратичной. Эффективная теория поля для суперфлюидов позволяет моделировать эти взаимодействия . Ученые использовали уравнения Эйнштейна для общей теории относительности, чтобы показать, как звук влияет на метрику пространства-времени.

Эксперимент включал моделирование прохождения звуковых волн через сверхтекучий гелий при температурах близких к абсолютному нулю. Результаты показали, что волны не только переносят энергию, но и массу на уровне миллиардов килограммов при сильных землетрясениях, когда звук распространяется по планете . Это открытие подтверждается и другими исследованиями, такими как работа Рикардо Пенсо (англ. Riccardo Penco) из Университета Карнеги-Меллон, который изучал отрицательную массу звуковых волн .

Комментарии экспертов: Мичио Каку о "падении вверх"

Открытие вызвало резонанс в научном сообществе. Мичио Каку (англ. Michio Kaku), известный физик и сооснователь теории струн, прокомментировал это так: "Оказывается, при определенных условиях звуковые волны могут начать подниматься, а не опускаться. И эта аномалия согласуется с законами физики, так что некоторые вибрации могут на самом деле падать вверх" . Каку, автор книг по популярной физике, подчеркивает, что это согласуется с квантовой механикой и теорией струн, где все частицы — вибрации струн.

Другие эксперты, такие как Нассим Харамейн (англ. Nassim Haramein), отмечают, что это открытие меняет фундаментальное понимание физики . Оно также перекликается с идеями о темной энергии и гравитационных волнах.

Связь с древними цивилизациями: Акустическая левитация и пирамиды

Интересно, что это открытие проливает свет на загадки древних цивилизаций. Многие легенды утверждают, что древние египтяне использовали звук для перемещения массивных камней при строительстве пирамид. Акустическая левитация — технология, где звуковые волны создают стоячие волны, способные поднимать объекты .

Современные эксперименты показывают, что акустическая левитация возможна: ученые левитируют маленькие объекты с помощью ультразвука. В контексте пирамид Гизы спекулируют, что древние могли использовать резонанс для снижения веса камней . Хотя прямых доказательств нет, легенды о "пении" камней в тибетских монастырях и коралловом замке Эдварда Лидскалнина (англ. Edward Leedskalnin) намекают на потерянные знания .

В древнем Египте жрецы, возможно, использовали барабаны или трубы для создания вибраций, снижающих гравитацию. Исследования показывают, что пирамиды имеют акустические свойства, усиливающие звук . Это могло быть частью ритуалов или технологий.

Заключение

Открытие, что звуковые волны переносят гравитационную массу, — это мост между классической физикой и квантовыми загадками. Оно объясняет древние легенды и обещает технологический прорыв. Следите за обновлениями в науке!

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

• Что такое гравитационная масса звуковых волн? Это эффективная масса, которую фононы переносят, взаимодействуя с гравитацией.
• Могли ли древние использовать это? Спекуляции есть, но доказательств нет.
• Какие применения? Строительство, медицина, транспорт.
• Где почитать больше? См. источники ниже или акустическая левитация.

Теперь давайте углубимся в математические аспекты. В эффективной теории поля для суперфлюидов лагранжиан описывается как L = P(X), где X = ∂μφ ∂μφ, и φ — поле суперфлюида. Гравитационная масса фононов вычисляется через тензор энергии-импульса. Для линейного приближения масса нулевая, но на нелинейном уровне появляется вклад .

В сверхтекучем гелии-4 при T<2.17K наблюдается двухжидкостная модель Ландау: нормальная и сверхтекучая компоненты. Фононы — возбуждения сверхтекучей части, с дисперсией ω = c k, где c — скорость звука .

Ротоны — коротковолновые возбуждения с энергией Δ + (k - k0)^2 / (2μ). Их взаимодействие с фононами приводит к затуханию .

В контексте темной материи: суб-GeV частицы могут взаимодействовать с фононами в гелии .

Исторически, идея звука как силы восходит к мифам о Орфее или индуистским мантрам. В современности, акустическая левитация используется в лабораториях для манипуляции частицами без контакта .

Для пирамид: камни весом до 80 тонн. Если звук снижает эффективную массу, перемещение упрощается. Эксперименты с ультразвуком левитируют объекты до 4 кг, но масштабирование возможно .

В медицине: фокусированный ультразвук для разрушения опухолей или доставки наночастиц. Масса волн позволяет точный контроль .

В энергетике: генераторы, использующие вибрации для создания гравитационных эффектов, потенциально для антигравитации.

Критика: Некоторые скептики говорят, что масса слишком мала для практического использования, но прогресс в нанотехнологиях меняет это .

В заключение, это открытие — ключ к новой эре науки.