Три физика из Колумбийского университета предложили новую теорию о фононах, согласно которой они могут обладать отрицательной массой, а значит, и антигравитацией.

Большинство теорий описывают звуковые волны скорее как коллективное событие, нежели физические элементы. Они считаются движением молекул, сталкивающихся друг с другом, подобно шарам на бильярдном столе: любое движение в одном направлении компенсируется движением в обратном направлении.

В такой модели звук не обладает массой, следовательно, не способен взаимодействовать с гравитацией. Однако все может оказаться несколько сложнее. В своей работе Анджело Эспосито, Рафаэль Кричевски и Альберто Николис предполагают, что настоящая теория не в полной мере отражает то, что показывают наблюдения.

Недавно физики придумали термин для описания поведения звуковых волн в очень малых масштабах: фонон. Он определяет, как звуковые вибрации вызывают сложные взаимодействия с молекулами, позволяющие звуку распространяться. Термин оказался полезным, так как позволяет применять к звуку принципы, которые прежде относились непосредственно к частицам.

Никто ранее не предполагал, что фононы — действительно частицы (то есть обладают массой). Теперь же исследователи полагают, что у фононов может быть отрицательная масса — это, в свою очередь, подразумевает наличие антигравитационных свойств.

Для того чтобы понять, как такое возможно, исследователи используют в качестве примера контейнер, наполненный жидкостью. В чашке воды, у ее днища, частицы воды плотнее, чем у ее верха, — это обусловлено действием гравитации. Также известно, что звук распространяется быстрее через более плотные материалы. Что же происходит с фононом, когда он сталкивается с этой разницей?

Исследователи предполагают, что он отражается вверх, проявляя свойства антигравитации. Они также считают, что то же самое может происходить со звуком в воздухе, из-за чего он слегка приподнимается. Физики признают, что такой подъем слишком мал, чтобы его могло зарегистрировать современное оборудование, но отмечают, что с развитием технологий их теория подтвердится.