负质量？研究人员发现奇怪的“负”引力

沐秋雨2018-08-11 10:58原创

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声音质量是负的，在你周围慢慢上升，虽然很慢。这是一篇论文的结论，它打破了研究人员长期以来对声波的传统认识：无质量的波动穿过物质，给分子一个推力，但最终平衡任何向前或向上运动与相等或相反的向下运动。这是一个简单明了的模型，可以解释大多数情况下声音的行为，但这并不完全正确。哥伦比亚大学物理学研究生拉斐尔·克里切夫斯基(Rafael Krichevsky)说：声子即一种能在非常小的尺度下描述声音类似粒子的振动单位——具有非常轻微的负质量，这意味着声波向上传播的速度非常缓慢。

博科园-科学科普：与哥伦比亚大学(Columbia University)物理学研究生安吉洛·埃斯波西托(Angelo Esposito)和哥伦比亚大学(Columbia University)物理学副教授阿尔贝托·尼科利斯(Alberto Nicolis)共同发表这篇论文的克里切夫斯基(Krichevsky)说：声子不是大多数人通常想象的那种粒子，比如原子或分子。当声音在空气中传播时，它会震动周围的分子，但这种震动很难用分子本身的运动来描述。相反，正如光波可以被描述为光子或光的粒子一样，声子是描述流体分子复杂相互作用产生声波的一种方式，并没有物理粒子出现，但研究人员可以用粒子的数学来描述它。

长期以来，科学家们一直认为声波是无质量的，而这幅环绕超音速喷气机声波图像看起来确实是这样。但新的研究表明事实并非如此。图片：Shutterstock

研究人员发现，这些涌现出来的声子有很小的质量，这意味着当引力“拉”着它们时，它们会向相反的方向移动。在引力场中，声子会向相反的方向缓慢加速，就像砖头一样。为了理解这是如何运行的，想象一下引力向下作用正常流体。流体粒子会压缩下面的粒子，所以下面的密度会稍微大一些。物理学家们已经知道，声音在密度较大的介质中传播速度通常比在密度较小介质中的传播速度要快，因此声子上方的声速要比密度略大的声子下方声速慢，这导致声子“偏转”向上。这一过程也发生在大规模声波中，这包括了从你嘴里发出的所有声音——虽然只是非常轻微的。在足够长的距离内，你说“你好”的声音会向上弯向天空。

研究人员在没有经过同行评议的新论文中写道：这种影响太小，无法用现有技术来衡量。但在未来，利用超精确的时钟来探测声子路径轻微曲率并不是不可能。(这位《新科学家》杂志(New Scientist)在其有关重金属音乐的原始报告中提出，重金属音乐将是这类实验的有趣候选者。)研究人员写道，这一发现确实会带来一些后果。在密集的中子星核中，声波以接近光速的速度移动，反引力声波应该会对整个星体行为产生真正的影响。不过，就目前而言，这完全是理论上的——当我们周围的声音都在上升时，这是值得深思的。

博科园-科学科普｜文：Rafi Letzter/Live Science

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