聲音也是一種粒子,還帶有負質(zhì)量?

更新時間:2018-11-28 13:55:06    閱讀:2837

哥倫比亞大學的物理學家團隊提交一篇新論文,沖擊了我們頭腦中的固有觀念。他們說實際上可能存在具有負質(zhì)量的粒子——它們在重力作用下向上而不是向下運動——就在我們的身邊。

我們所知道的宏觀世界受牛頓運動和引力定律所支配。

但是,哥倫比亞大學的物理學家團隊提交一篇新論文,沖擊了我們頭腦中的固有觀念。他們說實際上可能存在具有負質(zhì)量的粒子——它們在重力作用下向上而不是向下運動——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的物理實體,那么引力又如何對它產(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,如果聲波確實具有質(zhì)量,那會發(fā)生什么?只能是負質(zhì)量。負質(zhì)量的粒子產(chǎn)生微小的負引力場,在重力場中被推向遠方。

聽起來很瘋狂,但要牢記以下三點:

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

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

第二點是,該論文還沒有接受同行評審,目前只在預印本網(wǎng)站arXiv上發(fā)表。所以需要其他學者來檢查其中的內(nèi)容是否存在錯漏

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

不完全是。

我們知道存在負質(zhì)量的粒子——并且它們確實會被引力場排斥。

就在去年,研究人員首次在實驗室中創(chuàng)造了負質(zhì)量流體,當對它施加推動力時,它向后加速而不是向前加速。

好的,所以負質(zhì)量粒子本身可能是真實的。但聲波實際上不是粒子,不是嗎?

聲波穿過物質(zhì)并引起周圍分子的振動,導致這些振動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)學上確實可被描述為粒子,稱為聲子。

不過,以前人們一直認為這些聲子不會受到重力影響——或者對重力場產(chǎn)生影響——因為它們不攜帶質(zhì)量。

但該團隊負責人Alberto Nicolis5月發(fā)表在《物理評論快報》上的早期研究提供了一些實驗證據(jù),證明情況并非如此——至少在極端情況下不是。

實驗需要在絕對零度下超流體中進行,那是一種奇怪的流體,在接近絕對零度的溫度下完全沒有阻力地流動。

Nicolis和他的團隊報告說,聲子的軌跡似乎向上彎曲,與重力的作用方向相反。

實際效果過于微弱,無法用現(xiàn)有技術(shù)進行測量,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)生某種類型的負引力場的觀點之上。

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

“因此,在物理意義上,聲子帶有(負)質(zhì)量?!?/span>

我們不打算展開細說,因為它們非常高深晦澀(你可以在論文中閱讀所有關(guān)于它們的內(nèi)容)。

簡而言之,該團隊在數(shù)學上證明了經(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,在標準的牛頓力學的意義上:它們受到重力的影響,也會引發(fā)重力?!痹搱F隊總結(jié)道。

他們還概述了如何通過實驗驗證他們的思想。

這一點很重要,不僅因為它會革新我們對經(jīng)典物理世界的基本理解,也因為這種效應(yīng)可能會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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