@ 2018.08.24 , 11:00

声音也是一种粒子,还带有负质量?

我们所知道的宏观世界受牛顿运动和引力定律所支配。

但是,哥伦比亚大学的物理学家团队提交一篇新论文,冲击了我们头脑中的固有观念。他们说实际上可能存在具有负质量的粒子——它们在重力作用下向上而不是向下运动——就在我们的身边。

根据论文,他们指的并非是某种神奇的亚原子结构,而是我们每天听到并制造的声音“粒子”——声子——它们反抗重力。

听糊涂了么?毕竟,声音甚至不算是真实的物理实体,那么引力又如何对它产生影响呢?

声音也是一种粒子,还带有负质量?

这一矛盾恰是新理论的核心思想——研究人员说,如果声波确实具有质量,那会发生什么?只能是负质量。负质量的粒子产生微小的负引力场,在重力场中被推向远方。

听起来很疯狂,但要牢记以下三点:

首先,也是最重要的是,本文纯粹是理论上的推导——这意味着研究人员只是提出了一个假设,并套用我们之前用来刻画世界的语言语法,表明理论上,确实存在着可能性。

这并不是说他们已经找到了声波带有负质量的证据,他们只是表明,如果这样的话,它和现有物理学中的内容不相冲突。

第二点是,该论文还没有接受同行评审,目前只在预印本网站arXiv上发表。所以需要其他学者来检查其中的内容是否存在错漏

现在记住前两个,你需要知道的第三件事是这个想法实际上并不那么疯狂。

不完全是。

我们知道存在负质量的粒子——并且它们确实会被引力场排斥。

就在去年,研究人员首次在实验室中创造了负质量流体,当对它施加推动力时,它向后加速而不是向前加速。

好的,所以负质量粒子本身可能是真实的。但声波实际上不是粒子,不是吗?

声波穿过物质并引起周围分子的振动,导致这些振动依次传递并击中我们的耳膜——我们听到声音的过程。

但是,尽管它们不是传统意义上的固态微粒,但在数学上确实可被描述为粒子,称为声子。

不过,以前人们一直认为这些声子不会受到重力影响——或者对重力场产生影响——因为它们不携带质量。

但该团队负责人Alberto Nicolis5月发表在《物理评论快报》上的早期研究提供了一些实验证据,证明情况并非如此——至少在极端情况下不是。

实验需要在绝对零度下超流体中进行,那是一种奇怪的流体,在接近绝对零度的温度下完全没有阻力地流动。

Nicolis和他的团队报告说,声子的轨迹似乎向上弯曲,与重力的作用方向相反。

实际效果过于微弱,无法用现有技术进行测量,并且还存在与重力无关的其他可能解释。

但Nicolis的最新论文建立在声子产生某种类型的负引力场的观点之上。

他们提出:“声子的(微小的)有效引力质量会产生一个(微小的)引力场。这个引力场与声子一起传播。”

“因此,在物理意义上,声子带有(负)质量。”

我们不打算展开细说,因为它们非常高深晦涩(你可以在论文中阅读所有关于它们的内容)。

简而言之,该团队在数学上证明了经典的声波可以承载质量——不仅仅是在超流体或量子世界,而是在现实环境中。

“我们发现,与普遍看法相反,声波带有引力质量,在标准的牛顿力学的意义上:它们受到重力的影响,也会引发重力。”该团队总结道。

他们还概述了如何通过实验验证他们的思想。

这一点很重要,不仅因为它会革新我们对经典物理世界的基本理解,也因为这种效应可能会影响宇宙中其他物体的行为——比如说,中子星具有令人难以置信的高密度星核,声波在其中以接近光速传播。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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