(Créditos da imagem: NASA).

Tradicionalmente, quando pensamos em ondas sonoras, pensamos em vibrações invisíveis que se movem sem peso pelo ar — não carregando nenhuma massa.

Mas isso pode estar prestes a mudar. Os físicos acabam de viabilizar mais evidências de que partículas de som podem carregar pequenas quantidades de massa. E isso significa que elas podem produzir seus próprios campos gravitacionais — o que pode ser uma grande descoberta para a nossa compreensão do Universo.

Ao chutar uma bola, você coloca energia cinética nela. Einstein diria que você também contribuiu com um pouquinho de massa, acelerando-a. Se essa bola é uma pequena partícula e o chute é uma onda de som, você pode imaginar a mesma coisa. No entanto, por décadas, os físicos discutiram se o momento dentro de um impulso de partículas balançantes soma-se a uma quantidade líquida de massa.

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No ano passado, o físico Alberto Nicolis, da Universidade de Columbia, em Nova York, trabalhou com um colega da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia, para investigar como ondas diferentes se decompõem e se espalham em um fluido super frio de hélio.

Eles não só mostraram que os sons podem gerar um valor diferente de zero para a massa, mas também podem “flutuar” estranhamente ao longo dos campos gravitacionais em um sentido antigravitacional.

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Isso pode não fazer muita diferença para sons relativamente silenciosos na Terra, mas para os estrondos estridentes que pulsam através de objetos densos como estrelas de nêutrons, as interações entre as ondas sonoras massivas e a gravidade podem ser importantes.

Enquanto a dupla afirmou a possibilidade, eles se limitaram a um conjunto específico de condições. Por isso Nicolis usou agora um conjunto diferente de técnicas para mostrar que os sons têm massa dentro de fluidos e sólidos comuns, e até criam seu próprio e fraco campo gravitacional.

A sua nova conclusão contradiz as visões de que os fônons não têm massa. Seus movimentos não respondem apenas a um campo gravitacional de maneiras estranhas, mas são uma fonte de um campo em si mesmos.

Em um sentido newtoniano, essa é a própria definição de massa.

Então, por que há tanta dúvidas sobre este assunto?

O centro do problema está em como as ondas se movem através de um meio. Assim como uma onda de luz é chamada de fóton, uma onda de vibração pode ser considerada como uma unidade chamada de fônon.

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Imagine ficar parado em um show de rock, curtindo o espetáculo. A massa do seu corpo é a mesma que era de manhã quando você pisou na balança. Então, uma uma música muito boa começa e seu amigo fica agitado e te empurra, acelerando o seu corpo.

A lei de Einstein — aquela que diz que a energia é igual à massa vezes a velocidade da luz ao quadrado — diz que o pouquinho de energia que você ganha com o impulso também é massa. Ao colidir com a próxima pessoa, a energia é transferida para ela junto com a massa imperceptivelmente pequena.

Nesta metáfora, o conjunto de esbarros do corpo indo e voltando pela multidão é o fônon e, como é uma transferência de energia, você pode ser perdoado por pensar imediatamente que também é um movimento de massa.

Sob tais condições, o perfeito movimento de vaivém dos corpos e a transferência direta de momento podem ser descritas como uma forma de dispersão linear.

Enquanto os níveis de energia podem flutuar durante o movimento de ida e volta, seu corpo se reinicia para não dar ao ciclo total do fônon massa total. Essa dispersão linear dá a cada fônon uma massa líquida de nada, assim como os fótons de luz.

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Mas a realidade nem sempre é tão direta.

Ondas de luz movendo-se através de um vácuo e fônons em um material teoricamente perfeito podem muito bem ser lineares, mas sólidos e fluidos lutando entre si obedecem a uma variedade de outras leis de acordo com certos campos e influências. Essas são um pouco complicados, decorrentes do estado e dos componentes do meio.

Assim, usando aproximações conhecidas como Teoria de Campo Efetiva, Nicolis e os colegas da Universidade de Columbia, Angelo Esposito e Rafael Krichevsk, tiveram uma noção ampla de como o fônon viaja através de tais meios e como calcular sua resposta a um campo gravitacional.

E o que eles descobriram foi que, mesmo nessas condições confusas do “mundo real”, as ondas sonoras podem carregar massa.

Para ser claro, essa massa não é exatamente enorme, como seria de se esperar. Estamos falando aproximadamente da mesma quantidade de energia no fônon dividido pelo quadrado da velocidade da luz. Muito pouco.

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Também é importante ressaltar que a matemática por trás da afirmação não foi colocada em teste. Deixando de lado fundações sólidas, alguém agora precisa medir mudanças gravitacionais em átomos resfriados a quase zero, algo que pode ser possível à medida que explorarmos tais condições ​​no espaço.

Alternativamente, os pesquisadores sugerem que pode ser mais fácil pesar um terremoto. O som gerado por um grande tremor pode chegar a bilhões de quilos de massa. Alguém topa aceitar esse desafio?

Referência:

  1. ESPOSITO, Angelo et al. “Gravitational Mass Carried by Sound Waves”; Physical Review Letters, 2019. Acesso em: 10 mar. 2019.
Fonte:ScienceAlert
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Giovane Almeida
Sou baiano, tenho 18 anos e sou fascinado pelo Cosmos. Atualmente trabalho com a divulgação científica na internet — principalmente no Ciencianautas, projeto em que eu mesmo fundei aos 15 anos de idade —, com ênfase na astronomia e biologia.

1 comentário

  1. Caramba, se antes não sabiam mas depois descobriram que ondas elétricas geram campos magnéticos e ondas magnéticas geram campos elétricos, convergindo assim no eletromagnetismo. Já que ondas sonoras transportam massas e geram campos magnéticos, será que ondas gravitacionais geram fônons? Ou até mesmo esses fonons se dissipem por uma quinta dimensão.

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