Phát hiện mới cho thấy âm thanh có khối lượng âm

Nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học phát hiện rằng âm thanh có khối lượng âm. Nó khiến cho ta liên tưởng đến việc sóng âm thanh có thể triệt tiêu lực hút của trái đất và nâng các vật thể lên cao.

Một nghiên cứu lý thuyết mới đã tiết lộ cách sóng âm thanh truyền một lượng nhỏ khối lượng khi chúng di chuyển. Angelo Esposito, Rafael Krichevsky và Alberto Nicolis tại Đại học Columbia, Hoa Kỳ đã cho biết sự truyền khối lượng trong sóng âm được phát hiện cả khi lý thuyết hiệu ứng lượng tử và thuyết tương đối được áp dụng vào nghiên cứu đặc tính của sóng âm. Kết quả của họ ngụ ý rằng các giải thích hiện tại về các đặc tính của sóng âm thanh có thể cần được suy nghĩ lại.

Từ trước đến nay, hầu hết các nhà vật lý đã chấp nhận rộng rãi rằng sóng âm thanh mang theo năng lượng và động lượng, nhưng không mang theo khối lượng. Tuy nhiên, vào năm 2018, Riccardo Penco tại Đại học Carnegie Mellon và Niciolis sử dụng lý thuyết trường lượng tử để phân tích đã có một phát hiện đáng kinh ngạc khi quan sát các sóng âm thanh dạng hạt (gọi là phonon) lan truyền qua heli siêu lỏng, được làm lạnh gần bằng không tuyệt đối. 

Họ phát hiện ra rằng các phonon di chuyển theo quỹ đạo hướng lên, chống lại lực hấp dẫn. Trái ngược với các mô hình cổ điển của sóng âm, điều này ngụ ý rằng các phonon được kết hợp với lực hấp dẫn, cho phép chúng mang theo một lượng rất nhỏ “khối lượng hấp dẫn hiệu dụng âm” khi chúng di chuyển.

Quan điểm mới

Năm 2019, Nicolis và các đồng nghiệp tại Columbia đã phân tích tính chất hấp dẫn này thông qua các tính toán lý thuyết về sóng âm trong chất rắn và chất lỏng thông thường. Lần này, các nhà vật lý lại áp dụng mô hình vật lý cổ điển của Newton vào việc nghiên cứu. 

Nhóm các nhà khoa học thường nghiên cứu các lý thuyết về vật lý hạt và nói rằng kiến ​​thức chuyên môn này cho phép họ tiếp cận vấn đề từ một quan điểm mới. Họ rút ra một phương trình liên hệ giữa khối lượng do sóng âm mang theo với năng lượng của sóng, mật độ khối lượng của vật liệu và tốc độ âm thanh bên trong nó.

Đúng như quan sát trước đây của Niciolis và Penco, phương trình của nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng sóng âm thanh mang khối lượng âm, nghĩa là chúng suy giảm khối lượng khi truyền đi. Điều này cũng có nghĩa là sóng âm thanh phải tương tác với trường hấp dẫn của Trái đất, di chuyển lên trên giống như một vật thể nổi trong nước.

Trọng lượng mà sóng âm mang theo là bao nhiêu?

Nicolis và các đồng nghiệp phát hiện rằng, một sóng âm dài 1 giây có công suất (năng lượng) 1 watt truyền trong nước, nó sẽ mang theo khối lượng 0,1 miligam. 

Kết quả dường như ngụ ý rằng một phần nhỏ vật chất truyền theo hướng ngược lại với sóng âm thanh. Mặc dù có thể dễ dàng hình dung điều này có thể xảy ra như thế nào trong một chất khí hoặc chất lỏng, nhưng rất khó để hình dung trong một chất rắn. Niciolis và các đồng nghiệp cho rằng các con sóng nén đàn hồi (waves of elastic compression) có thể dịch chuyển một lượng nhỏ vật chất theo một hướng trong các chất rắn, nhưng sẽ cần nhiều nghiên cứu hơn để xác nhận dự đoán này.

Hiện nay, các nhà vật lý sử dụng mô hình tuyến tính để nghiên cứu sóng âm. Sự gần đúng này phù hợp với hầu hết các ứng dụng, nhưng Niciolis và các đồng nghiệp tin rằng khi cần kết quả chính xác hơn, các mô hình tuyến tính nên được điều chỉnh để giải thích cho sự truyền khối lượng.

Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ khám phá sự chuyển khối lượng chi tiết hơn trong các vật liệu bao gồm các chất ngưng tụ Bose-Einstein, và ở quy mô lớn hơn nhiều, với các sóng âm xuyên qua Trái đất do hậu quả của động đất.

Có liên quan đến công nghệ nâng vật thể bằng âm thanh?

Ngày nay một số nhà khoa học đã sử dụng đặc tính sóng của sóng âm để nâng các vật thể. 

Các thí nghiệm cho thấy các nút sóng dừng sẽ giúp cho các vật thể có trọng lượng nhẹ đứng im trong không khí. Thậm chí các nhà khoa học Nga cho biết họ có thể kết hợp âm thanh của các loa để nâng các tảng đá nặng hàng chục cân. 

Trong quá khứ, có nhiều truyền thuyết kể rằng những người tiền sử có thể nâng các vật thể nặng hàng tấn nhờ vận dụng các đặc tính của âm thanh để xây dựng các công trình cự thạch lớn. 

Dường như điều này không phải là hoang đường khi có những ghi chép đầu thế kỷ 20 cho thấy rằng các lạt-ma Tây Tạng sử dụng âm thanh từ những cây kèn dài, tiếng trống và niệm chú để đưa những tảng đá nặng hàng tấn lên những vách núi thẳng đứng cao hàng trăm mét (xem bài: Giải mã bí ẩn việc các lạt-ma Tây Tạng nâng tảng đá bằng âm thanh)

Liệu phát hiện rằng bản thân sóng âm thanh có mang theo khối lượng âm có liên quan đến hiện tượng nâng vật thể bằng âm thanh mà chúng ta vẫn thường nghe nhắc đến? Liệu khối lượng âm của sóng âm có thể triệt tiêu khối lượng của các vật thể và khiến chúng được nâng lên?

Video các nhà khoa học Nga nâng các hòn đá bằng âm thanh:

Theo Physicalword.com và insidescience.org

Thiện Tâm biên dịch và tổng hợp

Xem thêm: