Физики предположили, что звуковые квазичастицы, фононы, могут двигаться против силы тяжести благодаря антигравитации. Это подразумевает новый теоретический подход к описанию звуковых волн, согласно которому фононы могут переносить массу. Результаты изложены в препринте на сайте arXiv.org.

С точки зрения теоретической физики звуковые волны можно описать в виде квазичастиц — квантов колебания среды, которые называют фононами. Так как в газе частицы не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, в такой среде могут распространяться только поперечные звуковые волны, которые представляют собой периодическое изменение давления. Стандартная теория предполагает, что в этом случае частицы в среднем покоятся, значит, масса не переносится в макроскопических масштабах. Из этого следует, что сами фононы должны быть безмассовыми и не взаимодействовать с гравитацией напрямую.

В статье, которая была опубликована в мае этого года на страницах журнала Physical Review B, американские физики теоретически предсказали, что фононы действительно двигаются под действием гравитации, причем неожиданным образом. Данная работа проводилась с ограничениями: физики исследовали только возбуждения в сверхтекучей жидкости при нулевой температуре. Теперь же ученые расширили описание, включив в него также твердые тела и обычные жидкости.

«Крошечная эффективная гравитационная масса фононов порождает слабое гравитационное поле, причем источник этого поля двигается вместе с фононом, — пишут авторы в тексте препринта. — Таким образом, с физической точки зрения фононы обладают [отрицательной] массой».

Эффект, который предсказывает эта теория, слишком мал, чтобы современное оборудование смогло зарегистрировать его непосредственно. Кроме того, потенциально такие траектории фононов можно объяснить и иначе. Тем не менее физики предлагают идею еще одного эксперимента, который сможет проверить их теорию. Для этого нужно очень точно измерить, как искривляется направление движения фононов в среде, находящейся под действием гравитации.

«Мы показали, что вопреки стандартной точке зрения звуковые волны обладают гравитационной массой в обычном ньютоновском смысле: на них действует сила тяжести, но и они сами становятся источником гравитации», — подытоживают авторы. Даже если новая гипотеза верна, она вряд ли поменяет представление о звуках, окружающих нас в обычной жизни, однако существуют тела, где подобные явления могут быть очень важны. Таковыми, например, являются внутренности нейтронных звезд, где огромная плотность и гравитация приводят к возникновению звуковых волн, двигающихся почти со скоростью света.