Ученые заподозрили фононы в обладании массой и... отрицательной гравитацией

Трое физиков из Колумбийского университета наделали шума со своей новой теорией о фононах - они предполагают, что эти частицы могут иметь отрицательную массу и, вследствие этого, отрицательную гравитацию. Ангело Эспосито, Рафаэль Кричевский и Альберто Николис написали статью в поддержку своей теории и выгрузили ее на сервер препринтов arXiv.

Большинство теорий изображают звуковые волны скорее как коллективное событие, нежели как физическую вещь. Их рассматривают как движение молекул, натыкающихся друг на друга, подобно шарам на бильярдном поле - энергия одного шара, сбивающего следующий, и так далее - когда любое движение в одном направлении компенсируется движением в противоположном. В такой модели звук не имеет массы и, следовательно, не может быть затронут гравитацией. Но это не вся история. В своей работе ученые предположили, что современная теория не в полной мере объясняет все, что наблюдается.

Звук обладает массой?

В последние годы физики придумали слово, которым описывается поведение звуковых волн в очень малом масштабе - фонон. Он описывает сложный способ взаимодействия звуковых вибраций с молекулами, благодаря которым распространяется звук. Этот термин оказался полезен, потому что позволил применять принципы для звука, которые ранее применялись к реальным частицам. Но никто не предполагал, что звук на самом деле представлен частицами-фононами, поэтому и массы у них не было. В новой работе ученые допустили, что фонон может иметь отрицательную массу, а вследствие этого и отрицательную гравитацию.

Чтобы понять, как это возможно, ученые использовали контейнер с жидкостью в качестве примера. В чаше воды частица воды плотнее на дне чашки, чем те, что наверху - потому что гравитация тянет их вниз. Но также известно, что звук движется быстрее по более плотному материалу. Что же происходит с фононом, когда он сталкивается с этим расхождением? Ученые предположили, что он будет отклоняться вверх, демонстрируя свойства отрицательной гравитации. Также они предположили, что то же самое будет справедливо для звука в воздухе вокруг нас, из-за чего он будет нарастать. Сейчас эти зацепки слишком малы, чтобы их можно было измерить с помощью подходящего оборудования, но однажды улучшения в области технологий могут позволить проверить эту теорию.