带“负质量”的声音“粒子”?

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我们所知道的宏观世界是由牛顿的万有引力定律控制的,比如物体从高处向低处落下。

带“负质量”的声音“粒子”?

但哥伦比亚大学的一个物理学家团队提出了一篇理论论文,颠覆了这一想法。他们说,实际上可能有质量为负的粒子——它们在重力作用下向上移动,而不是向下移动——而它们就在我们周围。

根据他们的论文,并不是任何奇怪的亚原子粒子具有这些特性,而是我们每天听到和产生的声音粒子——声子——正在反抗引力。

很奇怪,对吧?毕竟,声音甚至不是一个物体,那么重力怎么会对它产生影响呢?

这一悖论是新假设的核心,研究人员说,如果声波确实有质量,还是负质量。而负质量产生了自己的微小负引力场,将它们向上而不是向下推,会怎么样。

这听起来很疯狂,但这里有三点需要注意。

首先,也是最重要的一点,这篇论文纯粹是理论性的——这意味着研究人员只是简单地提出了一个假设,并根据假设进行了一些详细的计算,并表明,在理论上,这可能是真的。

这并不是说他们已经发现任何物理证据表明声波携带负质量,他们只是表明,如果是这样的话,它不会破坏物理学中的任何其他理论。

第二个限定条件是,该论文仅在同行评审之前在arXiv网站上发表。因此,在我们接受之前,需要看到对这些数字的一些独立验证。

第三件事是,这个想法实际上并没有那么疯狂。因为这个假设中有一些逻辑先例。

首先,我们知道负质量粒子的存在——它们确实会逆着与你预期相反的方向运动。

就在去年,研究人员首次在实验室中创造了负质量流体,当它被推动时,它向后加速,而不是向前加速。

好吧,那么负质量粒子可能是真实存在的。但声波实际上并不是粒子,是吗?

声波在物质中移动,并在物质周围的分子中引起振动,这导致这些振动被传递并引起我们的耳膜的振动,以便我们能够听到。

尽管声波不是传统意义上的粒子,但在数学上可以将其描述为粒子,称为声子。

尽管如此,以前人们认为这些声子不会受到重力的影响,也不会对重力产生影响,因为它们不携带质量。

但该团队负责人Alberto Nicolis在5月份发表在《物理评论快报》上的早期研究提供了一些实验证据,证明情况可能并非如此,至少在极端条件下并非如此。

实验是在零温度超流体中进行的,这是一种奇怪的流体,在接近绝对零度的温度下流动时完全没有阻力。

在这种情况下,Nicolis和他的团队报告说,看到声子的轨迹向上弯曲,似乎与引力的作用相反。

团队成员Rafael Krichevsky告诉《现场科学》:“在引力场中,声子缓慢地向相反的方向加速。”。

这种影响太小,无法用现有技术来测量,而且对这种轨迹还有其他与重力无关的潜在解释。

但尼科利斯的最新论文建立在声子产生某种负引力场的想法之上。

他们提出,“声子的(微小)有效引力质量产生了(微小)引力场。该团队在arXiv上写道,这种引力场与声子一起传播。”。

“因此,从物理意义上讲,声子携带(负)质量。”

现在,在这里不打算讨论这方面的计算,因为它们非常晦涩难理解(你可以在论文中阅读所有关于它们的内容)。

但简而言之,该团队能够从数学上证明经典声波有质量——不仅在超流体或量子世界中,而且在现实世界中也是如此。

研究小组得出结论:“表明,与普遍认为的相反,声波有着标准牛顿意义上的引力质量:它们受到引力的影响,也会产生引力。”。

他们还概述了我们可以在未来对这一想法进行实验测试的方法。

这一点很重要,不仅因为它可以改变我们对世界上一直存在的声波的基本理解。

但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。

以上还需要更多的研究,但这绝对是一个有趣的假设。

这篇论文已经发表,可以在arXiv上全文阅读。

文章来源:sciencealert,PHYSICS,13 August 2018,ByFIONA MACDONALD

  • 本文由 发表于 2023年5月23日
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