Трио ученых Колумбийского университета обнаружили новые свидетельства того, что звуковые волны переносят массу. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Анджело Эспозито, Рафаэль Кричевский и Альберто Николис описали использование эффективных методов теории поля для подтверждения результатов, полученных командой в прошлом году, когда они пытались измерить массу, переносимую звуковыми волнами.

Звук переносит массу. Почему это важно?

В течение многих лет физики были уверены, что звуковые волны переносят энергию, однако не было никаких доказательств того, что они переносят и массу. Казалось, нет никаких оснований полагать, что они будут генерировать гравитационное поле. В прошлом году это изменилось, поскольку Николис и другой физик Риккардо Пенко раскопали данные, говорящие о том, что традиционное представление может быть ошибочным. Они использовали квантовую теорию поля, чтобы показать, что звуковые волны, передвигающиеся в сверхтекучем гелии, переносят небольшое количество массы с собой. Если точнее, они обнаружили, что фононы взаимодействовали с гравитационным полем таким образом, что были вынуждены уносить массу по мере продвижения через среду. В новой работе ученые сообщили, что аналогичные результаты справедливы для большинства материалов.

Используя эффективную теорию поля, они показали, что звуковая волна в один ватт, которая двигалась в воде в течение секунды, переносит массу приблизительно в 0,1 миллиграмма. Они также отмечают, что данная масса была частью общей массы системы, которая двигалась вместе с волной, поскольку перемещалась с одного места на другое.

Важно отметить, что исследователи фактически не измеряли массу, переносимую звуковой волной — они использовали математику, чтобы доказать, что это происходит. В случае с реальными измерениями они предположили эксперименты, которые можно провести с звуковыми волнами в конденсате Бозе-Эйнштейна из очень холодных атомов — такая установка должна показать достаточно переносимой массы, чтобы ее можно было измерить. Также они отмечают, что лучшим подходом может быть измерение массы, переносимой звуковыми волнами, которые проходят через Землю, будучи частью землетрясения. Такой звук может переносить миллиарды килограммов массы, что станет видно на устройствах, измеряющих гравитационное поле.