聲音也是一種粒子,還帶有負(fù)質(zhì)量?

更新時(shí)間:2018-11-28 13:55:06    閱讀:2839

哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)提交一篇新論文,沖擊了我們頭腦中的固有觀念。他們說實(shí)際上可能存在具有負(fù)質(zhì)量的粒子——它們?cè)谥亓ψ饔孟孪蛏隙皇窍蛳逻\(yùn)動(dòng)——就在我們的身邊。

我們所知道的宏觀世界受牛頓運(yùn)動(dòng)和引力定律所支配。

但是,哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)提交一篇新論文,沖擊了我們頭腦中的固有觀念。他們說實(shí)際上可能存在具有負(fù)質(zhì)量的粒子——它們?cè)谥亓ψ饔孟孪蛏隙皇窍蛳逻\(yùn)動(dòng)——就在我們的身邊。

根據(jù)論文,他們指的并非是某種神奇的亞原子結(jié)構(gòu),而是我們每天聽到并制造的聲音“粒子”——聲子——它們反抗重力。

聽糊涂了么?畢竟,聲音甚至不算是真實(shí)的物理實(shí)體,那么引力又如何對(duì)它產(chǎn)生影響呢?

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這一矛盾恰是新理論的核心思想——研究人員說,如果聲波確實(shí)具有質(zhì)量,那會(huì)發(fā)生什么?只能是負(fù)質(zhì)量。負(fù)質(zhì)量的粒子產(chǎn)生微小的負(fù)引力場(chǎng),在重力場(chǎng)中被推向遠(yuǎn)方。

聽起來很瘋狂,但要牢記以下三點(diǎn):

首先,也是最重要的是,本文純粹是理論上的推導(dǎo)——這意味著研究人員只是提出了一個(gè)假設(shè),并套用我們之前用來刻畫世界的語言語法,表明理論上,確實(shí)存在著可能性。

這并不是說他們已經(jīng)找到了聲波帶有負(fù)質(zhì)量的證據(jù),他們只是表明,如果這樣的話,它和現(xiàn)有物理學(xué)中的內(nèi)容不相沖突。

第二點(diǎn)是,該論文還沒有接受同行評(píng)審,目前只在預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表。所以需要其他學(xué)者來檢查其中的內(nèi)容是否存在錯(cuò)漏

現(xiàn)在記住前兩個(gè),你需要知道的第三件事是這個(gè)想法實(shí)際上并不那么瘋狂。

不完全是。

我們知道存在負(fù)質(zhì)量的粒子——并且它們確實(shí)會(huì)被引力場(chǎng)排斥。

就在去年,研究人員首次在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造了負(fù)質(zhì)量流體,當(dāng)對(duì)它施加推動(dòng)力時(shí),它向后加速而不是向前加速。

好的,所以負(fù)質(zhì)量粒子本身可能是真實(shí)的。但聲波實(shí)際上不是粒子,不是嗎?

聲波穿過物質(zhì)并引起周圍分子的振動(dòng),導(dǎo)致這些振動(dòng)依次傳遞并擊中我們的耳膜——我們聽到聲音的過程。

但是,盡管它們不是傳統(tǒng)意義上的固態(tài)微粒,但在數(shù)學(xué)上確實(shí)可被描述為粒子,稱為聲子。

不過,以前人們一直認(rèn)為這些聲子不會(huì)受到重力影響——或者對(duì)重力場(chǎng)產(chǎn)生影響——因?yàn)樗鼈儾粩y帶質(zhì)量。

但該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Alberto Nicolis5月發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的早期研究提供了一些實(shí)驗(yàn)證據(jù),證明情況并非如此——至少在極端情況下不是。

實(shí)驗(yàn)需要在絕對(duì)零度下超流體中進(jìn)行,那是一種奇怪的流體,在接近絕對(duì)零度的溫度下完全沒有阻力地流動(dòng)。

Nicolis和他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說,聲子的軌跡似乎向上彎曲,與重力的作用方向相反。

實(shí)際效果過于微弱,無法用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行測(cè)量,并且還存在與重力無關(guān)的其他可能解釋。

但Nicolis的最新論文建立在聲子產(chǎn)生某種類型的負(fù)引力場(chǎng)的觀點(diǎn)之上。

他們提出:“聲子的(微小的)有效引力質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)(微小的)引力場(chǎng)。這個(gè)引力場(chǎng)與聲子一起傳播?!?/span>

“因此,在物理意義上,聲子帶有(負(fù))質(zhì)量?!?/span>

我們不打算展開細(xì)說,因?yàn)樗鼈兎浅8呱罨逎?你可以在論文中閱讀所有關(guān)于它們的內(nèi)容)。

簡(jiǎn)而言之,該團(tuán)隊(duì)在數(shù)學(xué)上證明了經(jīng)典的聲波可以承載質(zhì)量——不僅僅是在超流體或量子世界,而是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中。

“我們發(fā)現(xiàn),與普遍看法相反,聲波帶有引力質(zhì)量,在標(biāo)準(zhǔn)的牛頓力學(xué)的意義上:它們受到重力的影響,也會(huì)引發(fā)重力?!痹搱F(tuán)隊(duì)總結(jié)道。

他們還概述了如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證他們的思想。

這一點(diǎn)很重要,不僅因?yàn)樗鼤?huì)革新我們對(duì)經(jīng)典物理世界的基本理解,也因?yàn)檫@種效應(yīng)可能會(huì)影響宇宙中其他物體的行為——比如說,中子星具有令人難以置信的高密度星核,聲波在其中以接近光速傳播。



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