Sunetul are masa si astfel, gravitatie!

Un trio de cercetatori de la Universitatea Columbia a gasit mai multe dovezi care arata ca undele sonore, sunetul, transporta masa!

Pentru ca sunetul sa fie afectat de gravitatie si sa exercite gravitatie, trebuie sa poarte o masa proprie. Observatiile comune au aratat ca sunetul este o vibratie care calatoreste prin mediu; este o energie care poate calatori prin diverse materiale si care nu transporta nicio masa proprie.

Pana acum, intuitiv, credem ca masa prin care trece unda sonora sau vibratia influenteaza viteza si propagarea acesteia prin intermediul acelui mediu. Undele sonore se deplaseaza la viteze diferite in diferite medii – apa, ulei, lemn.

Deplasarea dintr-o pozitie de echilibru a masei (atomii dintr-un material) este perceputa ca sunet. Aici insa intra in joc piesa care lipseste: energia care promoveaza deplasarea atomilor poarta propria masa! Sa vedem in continuare cum se intampla acest lucru.

Atomii dintr-un material sub stimulare sonora prezinta deplasari mecanice proportionale cu energia undei sonore sau a vibratiilor, reprezentate adesea ca un arc.

In materialul de la nivel atomic, aceasta vibratie a energiei mecanice este cuantificata in cantitati discrete numite fononi.

Acelasi lucru se intampla cu un atom care absoarbe sau emite energia continuta in vibratia undelor electromagnetice, pe care o numim lumina, care este cuantificata in cantitati discrete numite fotoni.

Undele de care apartin fononii sau „particulele de sunete”, la fel ca si in cazul fotonilor („particulele de lumina”), se propaga in cantitati discrete numite cuante. Daca un foton este o cuanta de lumina, un fonon ar fi o cuanta de sunet.

Se credea pana foarte recent ca ambele cuante sunt lipsite de masa, dar s-a constatat ca fononii au de fapt o cantitate foarte mica de masa.

Aceasta nu este o surpriza, deoarece celebra ecuatie E = mc² a lui Einstein ne spune ca exista o echivalenta exacta intre energie si masa.

Pentru a intelege semnificatia ecuatiei, folosim urmatoarea imagine. Vibratiile electromagnetice (luminoase) sunt purtatoare de energie si raman fara masa in miscare, deoarece se propaga cu viteza luminii.

Deoarece sunetul se refera la propagarea vibratiilor prin fononi, care calatoresc mai lent decat viteza luminii, este implicata o anumita masa, chiar daca acestia circula in aer.

De ce nu s-a descoperit mai demult ca sunetul are masa?

Esposito si colaboratorii de la Universitatea Columbia au aratat ca o unda sonora de un singur watt care se deplaseaza o secunda prin apa transporta cu sine o masa de aproximativ 0,1 miligrame.

S-a mai constatat ca masa s-a dovedit a fi o fractiune din masa totala a unui sistem care s-a deplasat odata cu unda, pe masura ce acesta s-a deplasat dintr-un loc in altul.

Trebuie remarcat faptul ca cercetatorii nu au masurat de fapt masa purtata de o unda sonora, ci au folosit matematica pentru a dovedi ca se intampla acest lucru.

Se crede ca masa unui fonon este foarte mica, foarte apropiata de masa atomului de hidrogen, de aproximativ 10ˉ²⁴ grame si, cu toate acestea, ea poate fi masurabila.

Ei sugereaza cateva experimente pentru a se putea efectua masuratori reale, de exemplu cand sunetul se deplaseaza printr-un superfluid condensat (Bose-Einstein), format din atomi foarte reci, care ar transporta o masa suficienta pentru a putea fi masurata.

O alta abordare mai buna ar putea fi masurarea masei purtate de undele sonore care se propaga prin Pamant in timpul unui cutremur, deoarece se deplaseaza miliarde de kilograme de masa. Sau sunetul generat de coliziunea a doua gauri negre supermasive, care ar putea fi vizibil pe dispozitivele ce masoara semnalele gravitationale.

Lucrarea lor, publicata in revista Physical Review Letters, afirma ca undele sonore transporta masa – in special masa gravitationala. Aceasta implica faptul ca sunetul nu numai ca este influentat de gravitatie, dar genereaza si un mic camp gravitational, aspect care nu a fost apreciat pana acum.

Faptul ca masa fononului este foarte apropiata de cea a atomului de hidrogen (practic masa protonului in sine) este un lucru foarte interesant; sugereaza o legatura mai profunda, deoarece probabil nu este o coincidenta.

Dar, mai important, aceasta descoperire se conecteaza la ceea ce au pretins culturile antice de pe glob. Ele subliniaza rolul cuvantului vorbit ca instrument de manifestare a realitatii. Probabil ati auzit de expresia „cuvant greu”… Si cuvantul vorbit este un sunet, nu?

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim.

Sursa: phys.org, resonancescience.org

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.