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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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