Физици от Финландия доказаха на практика ефективността на ефекта на вакуумно фононно тунелиране. При определени условия звуковите трептения могат да „прескачат“ от едно тяло на друго, дори през вакуумно пространство.
Звук – това са надлъжни механични вълни, които се разпространяват в среда, в която има молекули, атоми или йони, през вещество в твърда, течна, газообразна и плазмена фаза. Предаването на звук става чрез звукови вълни, тоест звукови (механични) трептения в среда, която поддържа същите тези вибрации.
В космическата празнота звуковите вълни не могат да се разпространяват, тъй като там практически няма молекули, атоми и йони.
Наистина ли няма звук в Космоса?
През 2010 г. физици от няколко американски университета оспориха твърдението, че звукът не може да се предава във вакуум. В своето изследване те предполагат, че звуковите трептения могат да „прескачат“ от едно твърдо вещество в друго през вакуумно пространство със субмикронна дебелина. Този ефект се нарича вакуумно фононно тунелиране.
Фононът е квазичастица, квант на енергия от вибрационното движение на атомите на тялото, които образуват идеална кристална решетка. Според американските физици описаният от тях ефект действа благодарение на взаимодействието между електричното поле и звуковите вълни в кристала.
Когато вибрациите на кристалната решетка „достигнат“ до една от границите на кристала, близо до неговата повърхност се създават променливи електрични полета, които след това се „усещат“ на другия ръб на вакуумната междина. След това тези полета разклащат трептенията на кристалната решетка в друг кристал.
Това може да се представи по следния начин: един фонон „прескача“ през вакуума от първия кристал към втория и се разпространява по-нататък в него, въпреки че в пространството между телата няма фонон.
В своята научна работа американските учени описват няколко механизма, чрез които е възможно да се постигне ефективна връзка между трептенето на кристала и електричното поле. Доскоро обаче никой не беше тествал тези механизми на практика.
Вие на Марс. Поздравете приятелите си още сега
Група физици от Центъра за нанотехнологии към университета в Ювяскюля (Финландия) са провели експеримент и са изяснили как и при какви условия звуковите вълни могат да „прескачат“ над празнината, разделяща две твърди тела. Резултатите от изследването на учените са представени в списание Communications Physics.
В експеримента учените са използвали два еднакви пиезоелектрични кристала на базата на цинков оксид. Пиезоелектриците са вещества, които се наелектризират при деформация и се деформират в електрично поле.
Звуковите вълни предизвикват механично напрежение. Пиезоелектричните кристали могат да преобразуват това напрежение в електрично поле и обратно. Тези кристали се разтягат или свиват под действието на звукови вълни, в резултат на което преобразуваното електрично поле може да се промени.
Когато звуковата вълна достигне ръба на първия кристал, електричното поле, свързано с него и преминаващо „през“ празнотата, ще промени и деформира другия кристал – което означава, че звуковата вълна е „прескочила“ през вакуума от едното тяло към другото.
След като учените поставили кристалите в специална инсталация един срещу друг, като ги разделили с вакуумна междина, един от кристалите преобразувал електрическата енергия обратно в механична и звуковата вълна от първия кристал „прескочила“ през междината към другия. Това било постигнато само при определени условия: кристалите били разделени на разстояние, което не надвишавало дължината на изходната звукова вълна.
По-голямата част от Вселената е празнота. Накрая тази празнота ще погълне цялото пространство
Финландските физици обясняват, че този ефект работи с различни диапазони от звукови честоти: както с херцови и килохерцови, така и с диапазони, които са под обхвата на човешкия слух – с ултразвукови (MHz) и хиперзвукови (GHz). С увеличаването на честотата вакуумната междина в експеримента намалявала.
„Често звуковата вълна прескачаше слабо през празнината, но имаше случаи, когато преминаваше напълно със 100% ефективност и без никакви отражения“, обяснява Илари Маасилта, съавтор на изследването.
Разбира се, този експеримент не може да се счита за пряко доказателство, че звуковите вълни могат да се разпространяват във вакуум, но резултатите от изследването може да бъдат полезни в други области на науката. По-специално при разработването на микроелектромеханични компоненти, които се използват в барометри, сензори за ъглова скорост, жироскопи, акселерометри.
Интересното е, че авторите на работата не са провеждали експерименти за предаване на инфразвук. Ако същите принципи работят за тях, тогава достатъчно големи пиезокристали ще могат да предават звукови вълни в космическата празнота и на много значителни разстояния, тъй като дължината на инфразвуковата вълна достига десетки метри.
