Исследователи нашли потенциальный способ передачи звука в космосе
Физики из Финляндии доказали на практике результативность эффекта «вакуумного туннелирования фононов». При определенных условиях звуковые колебания могут «перепрыгивать» из одного тела в другое даже через вакуумный зазор.
Звук — упругие волны, которые распространяются в среде, где есть молекулы, атомы или ионы, через вещество в твердой, жидкой, газообразной и плазменной фазах. Передача звука происходит посредством звуковых волн, то есть звуковых (механических) колебаний в среде, которая эти самые колебания поддерживает.
В космической пустоте звуковые волны распространяться не могут, поскольку там практически нет молекул, атомов и ионов.
В 2010 году физики из нескольких университетов США оспорили утверждение, что звук невозможно передать в пустоте. В своем исследовании они предположили, что звуковые колебания могут «перескакивать» из одного твердого тела в другое через вакуумный зазор субмикронной толщины. Этот эффект получил название «вакуумное туннелирование фононов».
Фонон — квазичастица, квант энергии колебательного движения атомов тела, которые образуют идеальную кристаллическую решетку. По словам американских физиков, описанный ими эффект работает за счет взаимодействия между электрическим полем и звуковыми волнами в кристалле.
Когда колебания кристаллической решетки «доходят» до одной из граней кристалла, вблизи его поверхности создаются переменные электрические поля, которые затем «чувствуются» на другом краю вакуумного зазора. После чего эти поля раскачивают колебания кристаллической решетки в другом кристалле.
Это можно представить так: один фонон «перепрыгивает» через вакуум из первого кристалла во второй и распространяется в нем дальше, хотя в пространстве между телами фонона нет.
В своей научной работе американские ученые описали несколько механизмов, с помощью которых можно добиться эффективной связи между колебанием кристалла и электрическим полем. Однако на практике эти механизмы до недавнего времени никто не проверял.
Группа физиков из Центра нанотехнологий при Университете Йювяскюля (Финляндия) провела эксперимент и выяснила, как и при каких условиях звуковые волны могут «перепрыгивать» через пустоту, разделяющую два твердых тела. Результаты исследования представлены в журнале Communications Physics.
В эксперименте ученые использовали два одинаковых пьезоэлектрических кристалла на основе оксида цинка. Пьезоэлектрики — вещества, которые электризуются при деформации и деформируются в электрическом поле.
Звуковые волны вызывают механическое напряжение. Пьезоэлектрические кристаллы могут преобразовывать это напряжение в электрическое поле, и наоборот. Эти кристаллы растягиваются или сжимаются под действием звуковых волн, в результате преобразованное электрическое поле может изменяться.
Когда звуковая волна достигает края первого кристалла, электрическое поле, связанное с ним и проходящее «сквозь» пустоту, изменится и деформирует другой кристалл — значит, звуковая волна «перескочила» через вакуум от одного тела к другому.
После того как ученые разместили кристаллы в специальной установке друг напротив друга, отделив их вакуумным зазором, один из кристаллов преобразовал электрическую энергию обратно в механическую, и звуковая волна от первого кристалла «перескочила» через зазор к другому. Добиться этого получилось только при определенных условиях: кристаллы разделяло расстояние, не превышающее длину исходной звуковой волны.
Финские физики объяснили, что этот эффект работает с разными диапазонами звуковых частот: как с «герцевым» и «килогерцевым», так и с диапазонами, лежащими ниже диапазона слышимости человека, — с ультразвуком (МГц) и гиперзвуком (ГГц). По мере увеличения частоты вакуумный зазор в эксперименте уменьшался.
«Зачастую звуковая волна перепрыгивала через зазор слабо, однако были случаи, когда она проходила полностью со стопроцентной эффективностью, причем без каких-либо отражений», — объяснил Илари Маасилта, соавтор исследования.
Конечно, этот эксперимент нельзя считать прямым доказательством того, что звуковые волны способны распространяться в вакууме, но зато результаты исследования могут пригодиться в других областях науки. В частности, в разработке микроэлектромеханических компонентов, которые используются в барометрах, датчиках угловых скоростей, гироскопах, акселерометрах.
Интересно, что эксперименты по передаче инфразвука авторы работы не проводили. Если для них работают те же принципы, то достаточно большие пьезокристаллы могут передавать в космической пустоте звуковые волны и на весьма существенные расстояния, ведь длина инфразвуковой волны достигает десятков метров.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии