Sesin kütlesi olur mu?

Genel görelilik teorisi göz ardı edilse bile, ses dalgalarının kütleye sahip olabileceği düşünülüyor. Ses dalgaları hareket ederken küçük kütleleri taşıyor olabilir. Böyle ise ses dalgalarının enerjisi, hızı ve bulundukları ortamın yoğunluğu süreci belirliyor olmalı.
soL - Bilim ve Aydınlanma
Cuma, 17 Mayıs 2019 09:07

Yeni teorik çalışmalar ses dalgalarının sadece enerjiye değil, kütleye de sahip olabileceğine işaret ediyor. Bu durum, kuantum mekaniği veya rölativistik enerji-kütle bağıntısı ile ilişkili olmaktan ziyade, klasik Newton mekaniği ile açıklanıyor. Ancak matematiksel sonuçların gösterdiği bu durumun, fiziksel bir açıklaması tam olarak yapılabilmiş değil. Araştırmacılar, bu bulguyu deneysel olarak mutlak sıfıra (0 Kelvin sıcaklık) yakın sıcaklıktaki atomlardan oluşan bir alanda hareket eden ses dalgalarıyla veya deprem sırasında ortaya çıkan ses dalgalarıyla test edebilmeyi umuyor.

Geçen yıl, yüksek enerji fizikçisi Alberto Nicolis (Columbia Üniversitesi) ve Ricardo Peco (Carnegie Mellon Üniversitesi) ortak çalışmalarında ses dalgalarının helyum atomunun süperakışkan hali olan helyum-4 izotopu içerisindeki hareketini kuantum alan teorisi çerçevesinde değerlendiler. Şaşırtıcı bir şekilde ses dalgalarının beraberinde kütle taşıyabileceğini fark ettiler. Araştırmacılar, sesin kuantumu olarak adlandırılan ikili fononların kütle çekim alanıyla girdikleri etkileşimde kütle de taşıyabileceklerini fark ettiler.  

Nicolasi ve iki çalışma arkadaşı son çalışmasında, analizlerini daha bilindik/sıradan (sıvı veya katı gibi) ortamlar içerisinde test ediyorlar. Analizlerine göre 1 saniyelik, 1 watt’lık ses dalgası su ortamı içerisinde 0,1 miligram kütle taşıyor. Birçok fizikçi ses dalgalarının sadece enerji taşıdığını ve bu yüzden herhangi bir kütle çekim alanı (genel görelik göz ardı edildiğinde) yaratmadığını düşünüyordu. Ancak yapılan çalışma gösteriyor ki ses dalgalarının bugün kullanılan lineer modeli gerçeğe çok yakın bir sonuç veriyor olmasına rağmen bugüne kadar kütle etkisi göz ardı edilmiş.

Araştırmacılar, ses dalgaları hareket ederken taşıdıkları kütlenin ses dalgalarının enerjisi, hızı ve bulundukları ortamın yoğunluğu ile ilişkili olduğunu çıkarsadılar. Ayrıca ses dalgaları negatif kütle taşıyor; yani içinde hareket ettikleri sisteme kütle eklemek yerine ondan kütle eksiltiyor olmalılar. Bu nedenle, ses dalgalarının kütle-çekim alanında "yüzme"si, yani bir anlamda itilmesi bekleniyor. Esasen bu durum, bahsedilen kütlenin bir tür “efektif kütle” olduğunun işareti olarak da yorumlanabilir.

Araştırmacılar bir sonraki hedeflerinin ise ses dalgalarının katı ortamlar içerindeki hareketini modellemek olduğunu belirtiyorlar.


* phonē (Yunanca ses) kelimesinden türetilen fonon kelimesi 1932 yılında Sovyet fizikçi Igor Tamm tarafından ortaya atıldı. Fonon, sesin kuantumudur.


Kaynaklar:

https://physics.aps.org/articles/v12/23

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.97.134516

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.084501

https://www.nature.com/articles/s42254-019-0037-3