Estudo: ondas sonoras podem carregar massa

Por , em 8.03.2019

Ondas sonoras são vibrações invisíveis que se movem sem peso pelo ar, sem carregar nenhuma massa, certo?

Talvez não. Físicos da Universidade de Columbia (EUA) forneceram novas evidências de que partículas de som podem carregar pequenas quantidades de massa.

Isso significa que podem produzir seus próprios campos gravitacionais, um fato importante para nossa compreensão do espaço.

Som e massa

Por décadas, cientistas discutem se o movimento de partículas sonoras (como um chute, ou o barulho de uma caixa de som) soma-se a uma quantidade líquida de massa.

Ano passado, o físico Alberto Nicolis investigou como ondas diferentes se decompõem e se espalham em um fluido superfrio de hélio.

Ele e seus colegas mostraram que os sons podem realmente gerar um valor diferente de zero para a massa, bem como “flutuar” estranhamente ao longo dos campos gravitacionais em um sentido antigravitacional.

Isso pode não fazer muita diferença na Terra, mas para os rugidos estridentes que pulsam através de objetos densos como estrelas de nêutrons, as interações entre as ondas sonoras massivas e a gravidade podem ser importantes.

A afirmação feita por Nicolis limita-se a um conjunto específico de condições, no entanto. Então, recentemente, o físico decidiu usar um conjunto diferente de técnicas para mostrar que os sons têm massa dentro de fluidos e sólidos comuns, e até criam seu próprio campo gravitacional fraco.

Entenda

O núcleo do problema está em como as ondas se movem através de um meio. Assim como uma onda de luz é chamada de fóton, uma onda de vibração pode ser pensada como uma unidade chamada fônon.

Imagine que você está em um show de rock. A massa do seu corpo é a mesma de quando você acordou, de manhã. Então, uma música começa a tocar e a pessoa do seu lado te empurra, acelerando seu corpo.

A lei de Einstein – aquela que diz que a energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado – diz que o pouquinho de energia que você ganha com esse impulso também é massa. Colidindo com a pessoa ao lado, energia é transferida junto com a massa imperceptivelmente pequena.

Nessa metáfora, a cadeia de batidas de corpos indo e voltando pela multidão é o fônon. Sob tais condições simples, o perfeito movimento de vaivém e a transferência direta de momentum podem ser descritas como uma forma de dispersão linear. Enquanto os níveis de energia podem flutuar durante o movimento, essa dispersão linear dá a cada fônon uma massa líquida de zero.

Mas a realidade nem sempre é tão direta. Fônons em um material teoricamente perfeito podem muito bem ser lineares, mas sólidos e fluidos obedecem a uma variedade de outras leis de acordo com certos campos e influências. Esses são um pouco complicados, decorrentes do estado e dos componentes do meio.

Assim, usando aproximações conhecidas como teoria de campo efetiva, Nicolis, ao lado de seus colegas da Universidade de Columbia Angelo Esposito e Rafael Krichevsk, descreveram uma noção ampla de como o fônon viaja através de tais meios e como calcular sua resposta a um campo gravitacional.

Hipótese e confirmação

O que o trio descobriu foi que, mesmo nas condições confusas de “mundo real”, as ondas sonoras podem carregar massa.

Para ser claro, essa massa não é exatamente enorme: estamos falando aproximadamente da mesma quantidade de energia no fônon dividida pelo quadrado da velocidade da luz. Muito pequena.

Também é importante ter em mente que a matemática por trás da afirmação ainda não foi testada. O próximo passo pode ser medir mudanças gravitacionais em átomos resfriados a quase zero, algo teoricamente possível à medida que exploramos tais condensados no espaço.

Alternativamente, os pesquisadores sugerem que pode ser mais fácil “pesar” um terremoto. O som gerado por um grande tremor pode chegar a bilhões de quilos de massa.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Physical Review Letters. [ScienceAlert]

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