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声波可以携带质量

时间:2020-12-21 来源:计量校准 点击:

声波可以携带质量
  在2020中,高能物理学家阿尔贝托尼科利斯(Alberto  Nicolis)和里卡多潘科(Riccardo  Penco)惊讶地发现,当用量子场论分析声波通过超流氦的行为时,这些声波携带了少量的质量。他们发现,在声子(声波的量子单位)和引力场的相互作用中,声子在运动时会传递质量。
  现在,尼科利斯和另外两位理论家已经将这项研究扩展到一些更熟悉的物质,如普通液体或固体,结果几乎和以前一样:长度为1秒、功率为1瓦的声波携带的质量约为0.1毫克。
  研究人员之一安杰洛埃斯波西托(Angelo  Esposito)说:“这种质量是我们每天经历的真正的重力质量。它只占系统总质量的一小部分,会随着波浪的运动从一个地方移动到另一个地方。”
  过去,大多数物理学家假设声波携带的是能量而不是质量,这意味着他们不会产生任何引力场。新的研究和分析所揭示的效果超越了通常用于研究声波,的线性模型,后者是一个简化的模型。例如,他们假设材料的位移总是与施加的力成比例。虽然这种近似在大多数情况下是可行的,但它完全忽略了质量效应。埃斯波西托认为这是因为大多数人在研究声波时很少考虑声波和引力的相互作用
  新的计算表明,对于大多数材料中的普通声波,声波所携带的质量等于声波的能量乘以一个由声波速度和中等质量密度决定的因子。声波所承载的质量是负的,是质量的消耗,而不是质量的提高。因此,引力场中的声波应该像水中任何有浮力的物体一样向上漂浮。
  研究人员表示,他们还有更多工作要做,以找到质量流量的正确物理解释。他们指出,对于液体来说,这种效应似乎意味着少量粒子必须与声波运动相反。但这种观点对于固体来说不太可行。
  尼科利斯说:“我们相信这个结果,因为描述固体和液体的数学非常相似。但对于如何在微观层面上解释固体的这些结果,至今仍是一头雾水。”
  高能物理学家Ira  Rothstein对固体中的这种效应提出了可能的物理解释。弹性压缩波可以在一个方向上逐渐移动一个小质量,至少直到到达远场面。罗斯坦说,了解固体表面的变化对于正确解释质量流非常重要。
  计量校准研究人员希望这种效应能很快被发现。例如,他们估计一个声波在极冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚态可以携带系统总质量的1/1000,接近目前探测技术的极限。此外,我们还可以用地震来测量:当地震产生的强声波穿过地壳时,相关质量可能高达1000亿公斤,可以用灵敏的重力探测设备记录下来。
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