Μια ριζοσπαστική θεωρία κυκλοφορεί το τελευταίο διάστημα στους κόλπους της φυσικής με τίτλο “The mass of sound” που αφορά τα φωνόνια ή αλλιώς τα ηχητικά κύματα. Η θεωρία αυτή, που πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο arXiv από ερευνητές του πανεπιστημίου Columbia της Νέας Υόρκης, υποστηρίζει ότι τα φωνόνια έχουν μάζα και μάλιστα αρνητική!
Τι είναι τα φωνόνια και πώς σχετίζονται με τον ήχο;
Αγαπητέ αναγνώστη, για να διαβάζεις αυτό το άρθρο μάλλον είσαι αρκετά ενημερωμένος σε θέματα φυσικής. Αν δεν έχεις όμως εμβαθύνει, ίσως να νόμισες ότι έκανα κάποιο τυπογραφικό λάθος στη λέξη φωνόνια. Όχι, δεν πρόκειται για λάθος. Το παρόν άρθρο αφορά τα φωνόνια και όχι τα φωτόνια. Τι είναι λοιπόν αυτά τα φωνόνια;
Τα φωνόνια αποτελούν δυνητικά σωματίδια ή αλλιώς ψευδο-σωματίδια. Πιο συγκεκριμένα, στα στερεά τα φωνόνια κατά μια έννοια είναι το στοιχειώδες ποσό ενέργειας της ταλάντωσης των ατόμων. Εδώ να κάνουμε μια μικρή διευκρίνηση: τα άτομα που «έρχονται κοντά» για να φτιάξουν ένα στερεό, δημιουργούν δεσμούς και βρίσκονται σε «σχετικά» καθορισμένες θέσεις. Συγκεκριμένα, κουνιούνται ή πιο σωστά ταλαντώνονται (φανταστείτε το χημικό δεσμό σαν ένα ελατήριο) γύρω από αυτές τις συγκεκριμένες θέσεις (θέσεις ισορροπίας). Έτσι, τα φωνόνια είναι το μικρότερο ποσό ενέργειας κατά την κίνηση των ατόμων. Το όνομά τους προέρχεται από την ελληνική λέξη «φωνή», καθώς σε μικρές συχνότητες μπορούν να περιγράψουν τα ηχητικά κύματα.
Γιατί τα φωνόνια ΔΕΝ είναι σωματίδια;
Τα φωνόνια όπως αναφέρθηκε είναι ψευδο-σωματίδια και έχουν ιδιότητες κύματος. Ο λόγος είναι απλός, αντίθετα με τα «κλασικά» σωματίδια, ο αριθμός τους δεν διατηρείται. Δηλαδή, τα φωνόνια μπορούν να καταστρέφονται ή/και να δημιουργούνται από το μηδέν. Κατά μια έννοια, τα φωνόνια είναι η κβαντομηχανική προσέγγιση με την οποία αντιλαμβανόμαστε την ενέργεια που έχουν τα άτομα καθώς ταλαντώνονται.
Τι λέει αυτή η νέα θεωρία;
Τα κύματα αφορούν τη διάδοση ενέργειας και ορμής μέσα σε ένα μέσο, από το ένα σημείο στο άλλο. Σύμφωνα όμως με τη θεωρία που δημοσιοποιήθηκε τον Αύγουστο, τα ηχητικά κύματα μπορούν να μεταφέρουν και μάζα (!). Η θεωρία αυτή υποστηρίζει ότι κάτω από ορισμένες συνθήκες, τα φωνόνια έχουν μια αρκετά μικρή μάζα, η οποία μάλιστα είναι αρνητική! Πρακτικά, αυτό σημαίνει ότι κατά την αλληλεπίδραση του βαρυτικού πεδίου με τα φωνόνια, τα τελευταία επιταχύνονται προς την αντίθετη (από την αναμενόμενη) κατεύθυνση.
Η μάζα (;) του ήχου
Στη συγκεκριμένη, λοιπόν μελέτη, οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τα ηχητικά κύματα και επηρεάζονται από τη βαρύτητα και αποτελούν πηγή βαρύτητας (!). Η βαρυτική μάζα που έχουν είναι μικρή και αρνητική και υπολογίστηκε θεωρητικά σε τρεις περιπτώσεις, σε : υπερ-ρευστά (ρευστά με μηδενικό (!) ιξώδες), ρευστά και στερεά. Η μάζα αυτή είναι ανάλογη της ενέργειας του κύματος πολλαπλασιασμένη με έναν παράγοντα που αφορά τις ιδιότητες του μέσου όπως η πυκνότητά του.
Προφανώς και η συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί μια θεωρία που προκύπτει από την επίλυση διαφόρων εξισώσεων. Οι επιστήμονες που την υπογράφουν υποστηρίζουν όμως ότι μπορεί να αποδειχθεί πειραματικά. Πιο συγκεκριμένα, προτείνουν πειράματα που αφορούν υπερ-ψυχρά ατομικά ή μοριακά αέρια.
Αναμένουμε να δούμε τα πειράματα αυτά στο μέλλον καθώς και πρακτικές εφαρμογές εάν η θεωρία αυτή τελικά αποδειχτεί!
Διαβάστε ολόκληρη τη μελέτη εδώ: https://arxiv.org/abs/1807.08771.
