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 Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Некоторые опасные для здоровья химические вещества продолжают обнаруживать в окружающей среде спустя десятилетия после того, как их использование решили ограничивать. Масштабный обзор европейских данных показал, где именно сохраняются эти загрязнители и насколько массовым было их распространение.
Биологи открыли новый вид рептилий и присвоили ему научное имя Acanthosaura syrax — в честь желтой драконицы Сиракс, на которой в сериале «Дом Дракона» летала королева Рейнира Таргариен. Авторы исследования признались, что такое название не просто дань популярному фэнтези: крошечное существо действительно поразительно напоминает экранную тезку.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Проблемы с дыханием во время сна могут отражаться не только на самочувствии днем, но и на интимной жизни мужчин. Новый метаанализ показал, что по мере усугубления таких нарушений во сне показатели эректильной функции снижаются.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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