Фононы могут иметь отрицательную массу и гравитацию

Физики из Колумбийского университета создают новою теорию о фононах — они предполагают, что они могут иметь отрицательную массу, и из-за этого имеют отрицательную гравитацию. Анджело Эспозито, Рафаэль Кричевский и Альберто Николис написали статью для поддержки своей теории и отправили ее на сервер препринта xrXiv.

Большинство теорий изображают звуковые волны скорее как коллективное событие, чем как физические вещи. Они рассматриваются как движение молекул, натыкающихся друг на друга, подобно шарам на бильярдном столе — энергия одного шара, сбивает следующий, и так далее — любое движение в одном направлении компенсируется движением в противоположном направлении.

В такой модели звук не имеет массы и, следовательно, не может быть затронут гравитацией. Но все может быть сложнее. В своей работе исследователи полагают, что нынешняя теория не полностью объясняет все, что было замечено.

В последние годы физики придумали слово, чтобы описать поведение звуковых волн в очень малом масштабе — фонон. Он описывает, как звуковые вибрации вызывают сложные взаимодействия с молекулами, что позволяет распространять звук. Этот термин полезен, поскольку он позволяет применять принципы для звука, которые ранее были применены к фактическим частицам.

Но никто не предположил, что они на самом деле являются частицами, а это значит, что они не должны иметь массы. В этой новой работе исследователи предполагают, что фонон может иметь отрицательную массу, и из-за этого может также иметь отрицательную гравитацию.

Чтобы понять, как это возможно, исследователи используют контейнер с жидкостью в качестве примера. В чашке воды частицы воды плотнее на дне чашки, чем те, что находятся наверху — это потому, что гравитация тянет их вниз. Но также широко известно, что звук движется быстрее при движении по более плотному материалу.

Так что же происходит с фононом, когда он сталкивается с этой разницей? Исследователи предполагают, что он будет отклоняться вверх, демонстрируя качества отрицательной гравитации. Они предлагают далее, что то же самое может происходить со звуком в воздухе вокруг нас, заставляя его слегка подниматься.

Они признают, что такой рост будет слишком мал для текущего оборудования,чтобы измерить его, но заметьте, что усовершенствования технологии могут когда-нибудь доказать, что их теория была правильной.

Больше информации: https://arxiv.org/abs/1705.08914