Geluid heeft een negatieve massa en overal om je heen drijft het omhoog, omhoog en weg - zij het heel langzaam.
Dat is de conclusie van een paper die op 23 juli is ingediend bij het preprint-tijdschrift arXiv, en het verbreekt het conventionele begrip dat onderzoekers al lang van geluidsgolven hebben: als massaloze rimpelingen die door de materie scheuren, moleculen een duw geven maar uiteindelijk een voorwaartse of opwaartse balans in evenwicht brengen beweging met een gelijke en tegengestelde neerwaartse beweging. Dat is een eenvoudig model dat het gedrag van geluid in de meeste omstandigheden zal verklaren, maar het is niet helemaal waar, stelt het nieuwe artikel.
Een fonon - een deeltjesachtige vibratie-eenheid die geluid op zeer kleine schaal kan beschrijven - heeft een zeer kleine negatieve massa, en dat betekent dat geluidsgolven een heel klein beetje omhoog gaan, zei Rafael Krichevsky, een afgestudeerde natuurkundestudent aan Columbia University.
Fononen zijn geen deeltjes van het soort dat de meeste mensen zich voorstellen, zoals atomen of moleculen, zei Krichevsky, die de paper samen met Angelo Esposito publiceerde, een afgestudeerde natuurkunde aan de Columbia University, en Alberto Nicolis, een universitair hoofddocent natuurkunde aan Columbia.
Wanneer geluid door lucht beweegt, trilt het de moleculen eromheen, maar die trilling kan niet gemakkelijk worden beschreven door de beweging van de moleculen zelf, vertelde Krichevsky WordsSideKick.com in een e-mail.
Net zoals lichtgolven kunnen worden omschreven als fotonen of lichtdeeltjes, zijn fononen een manier om geluidsgolven te beschrijven die voortkomen uit de gecompliceerde interacties van de vloeibare moleculen, zei Krichevsky. Er ontstaat geen fysiek deeltje, maar onderzoekers kunnen de wiskunde van deeltjes gebruiken om het te beschrijven.
En het blijkt, zo toonden de onderzoekers, dat deze opkomende fononen een kleine massa hebben - wat betekent dat wanneer de zwaartekracht eraan trekt, ze in de tegenovergestelde richting bewegen.
'In een zwaartekrachtveld versnellen fononen langzaam in de tegenovergestelde richting die je zou verwachten, bijvoorbeeld, een steen te vallen', zei Krichevsky.
Om te begrijpen hoe dit zou kunnen werken, stel je een normale vloeistof voor waarin de zwaartekracht naar beneden werkt. Vloeibare deeltjes zullen de deeltjes eronder samendrukken, zodat het iets dichter naar beneden komt. Natuurkundigen weten al dat geluid doorgaans sneller door dichtere media beweegt dan door minder dichte media - dus de geluidssnelheid boven een fonon zal langzamer zijn dan de geluidssnelheid door de iets dichtere deeltjes eronder. Dat zorgt ervoor dat het fonon naar boven "afbuigt", zei Krichevsky.
Dit proces gebeurt ook met grootschalige geluidsgolven, zei Krichevsky. Dat omvat elk stukje geluid dat uit je mond komt - al is het maar een heel klein beetje. Over een voldoende lange afstand zou het geluid van je "hallo" naar de hemel buigen.
Het effect is te klein om te meten met bestaande technologie, schreven de onderzoekers in de nieuwe paper, die niet door vakgenoten is beoordeeld.
Maar het is niet onmogelijk dat, op de weg, een zeer nauwkeurige meting kan worden gedaan met behulp van superprecieze klokken die de lichte kromming van het pad van een fonon zouden detecteren. (The New Scientist suggereerde dat heavy-metalmuziek een leuke kandidaat zou zijn voor een dergelijk experiment in hun oorspronkelijke rapport over dit onderwerp.)
En deze ontdekking heeft echte gevolgen, schreef de onderzoeker. In de dichte kernen van neutronensterren, waar geluidsgolven met bijna de lichtsnelheid bewegen, zou een antizwaartekrachtige geluidsgolf echte effecten moeten hebben op het gedrag van de hele ster.
Maar voorlopig is dit volledig theoretisch - iets om over na te denken als het geluid overal om ons heen naar boven valt.
