بیگ بنگ: جهان بزرگی که ما انسان‌ها بخشی از آن هستیم، تحت سلطه قوانین حرکت و جاذبه نیوتن قرار دارد؛ هر چه به سمت بالا برود، سرانجام به پایین خواهد آمد. اما تیمی از فیزیکدانان دانشگاه کلمبیا بتازگی مقاله‌ای منتشر کردند که این ایده را به چالش می کشد. به گفته آنها، شاید ذراتی با جرم منفی وجود داشته باشد که تحت جاذبه به سمت بالا حرکت می کنند، نه به سمت پایین. این ذرات به وفور در محیط پیرامون ما هستند.

به گزارش بیگ بنگ، بر اساس این مقاله، ذرات زیراتمی عجیب نیستند که از این ویژگی‌ها برخوردارند، بلکه ذرات صوتی که همه روزه شنیده و تولید می کنیم، با این ویژگی‌ها شناخته می شوند؛ ذراتی که در مقابل نیروی جاذبه طغیان می کنند. خب احتمال می دهیم که تا اینجای مقاله متعجب شده باشید. صدا یک جسم فیزیکی نیست، پس نیروی جاذبه چگونه می تواند بر آن اثر بگذارد؟ این تناقض در کانون فرضیه جدید می باشد؛ چه می شد اگر امواج صوتی واقعا حامل جرم باشند؟ و آن جرم منفی، میدان‌های گرانشی منفی و کوچکِ خاص خودش را تولید می کرد؟ میدان‌هایی امواج را به سمت بالا میکشند، نه پایین.

این ایده بسیار جنجالی به نظر می رسد، اما در اینجا باید به سه نکته توجه داشت. نکته اول و مهمتر از همه این است که مقاله حاضر کاملا ماهیت نظری دارد؛ یعنی محققان فعلا یک فرضیه را پیش کشیده و محاسبات جامعی را بر اساس شناخت‌شان از جهان انجام داده‌اند. آنان نشان دادند که این فرضیه می تواند به لحاظ تئوری درست باشد. نباید تلقی کنید که آنها به شواهد فیزیکی قوی دست پیدا کرده‌اند که می گوید امواج صوتی حامل جرم منفی هستند. بر این اساس، اگر چنین می بود، هیچ چیز دیگری در فیزیک نقض نمی شد.

نکته دوم این است که مقاله حاضر فقط در سایت «arXiv» منتشر شده و هنوز صلاحیت لازم برای انتشار در سایت‌ها و نشریات معتبر علمی را کسب نکرده است. پس قبل از اینکه قضاوت‌های بزرگی دربارۀ این ایده انجام دهیم، باید منابع معتبر به تایید و تصدیق آن بپردازند. خب با در نظر داشتن این دو نکته در ذهن، نکته سوم که باید بدانید این است که ایده چندان هم دیوانه‌وار نیست، زیرا یک سری اصول منطقی وجود دارد که می تواند در این فرضیه موثر باشد.

افراد مبتدی بدانند که ذرات جرم منفی وجود دارند و این ذرات در خلاف جهت نیرو حرکت می کنند. سال گذشته، محققان توانستند برای نخستین‌بار سیال جرم منفی را در آزمایشگاه تولید نمایند. وقتی نیرو به آن وارد شد، به سمت عقب شتاب برداشت، نَه به سمت جلو. پس ذرات جرم منفی شاید واقعیت داشته باشند. اما امواج صوتی واقعا ذره نیستند، هستند؟

امواج صوتی از درون ماده عبور کرده و ارتعاشاتی را در مولکول‌های اطراف آن پدید می آورند؛ این کار باعث می شود آن ارتعاشات به پرده گوش ما برخورد کرده و ما آن را بشنویم. اگرچه نمی توان آنها را به عنوان ذره تلقی کرد، اما امواج صوتی را به لحاظ ریاضی میتوان بعنوان ذره (فونون- phonon) توصیف کرد. قبلا تصور بر این بود که این فونون‌ها نمی توانند تحت تاثیر جاذبه قرار بگیرند یا تاثیری بر جاذبه داشته باشند زیرا حامل جرم نیستند.

اما تحقیقات اولیه توسط سرپرست تیم «آلبرتو نیکولیس» که در ماه مِی در مجله «Physical Review Letters» منتشر شد، یک سری شواهد آزمایشی فراهم می کند که نشان می دهد شاید این طور نباشد؛ دستکم نه در شرایط حاد. این آزمایش در ابرسیال‌های صفر درجه با انجام رسید که نوع عجیبی از سیال به شمار می روند و بدون هیچ مقاومتی در دماهای نزدیک به صفر مطلق جریان می یابند. تحت آن شرایط، نیکولیس و تیمش اعلام کردند که فونون‌ها مسیر خود را به سمت بالا کج می کنند؛ گویا مخالفِ تاثیر جاذبه.

یکی از اعضای تیم به نام «رافائل کریشفسکی» در گفتگو به «Live Science» بیان کرد: «در یک میدان گرانشی، فونون‌ها به کندی در جهت مخالف شتاب پیدا می کنند؛ در جهتی که انتظار دارید یک آجر به سمت پایین سقوط کند.» این تاثیر به قدری ناچیز است که نمی توان با فناوری‌های موجود آن را اندازه گرفت و البته توضیح بالقوه دیگری هم برای این مسیر وجود دارد که هیچ ارتباطی با جاذبه ندارد. اما تازه‌ترین مقاله نیکولیس بر این ایده تکیه می ورزد که فونون‌ها نوعی میدان گرانشی منفی تولید می کنند. محققان پیشنهاد کردند که جرم گرانشی موثر فونون باعث ایجاد یک میدان گرانشی کوچک می شود. و منبع این میدان گرانشی با فونون حرکت می کند. با این شرایط می توان مدعی شد که فونون حامل جرم منفی است.

در حال حاضر، قصد نداریم تمامی محاسبات انجام شده را مورد بررسی قرار دهیم چرا که کار بسیار دشواری جلوه می کند. بطور خلاصه میتوان گفت که تیم تحقیق توانست به طور ریاضی نشان دهد که امواج صوتی کلاسیک می تواند از جرم برخوردار باشند؛ البته نَه فقط در ابرسیال‌ها یا دنیای کوانتومی، بلکه در شرایط دنیای واقعی.

محققان در پایان خاطر نشان کردند: «بر خلاف باور عمومی، ما نشان دادیم که امواج صوتی می توانند جرم گرانشی حمل کنند. از منظر اصول نیوتنی استاندارد، آن امواج تحت تاثیر جاذبه قرار می گیرند.» همچنین محققان راه‌هایی را پیشنهاد می دهند که میتوان با استفاده از آنها به آزمایش این ایده پرداخت. این کار حائز اهمیت زیادی است زیرا نه تنها می توانند درک پایه ما را از امواج صوتی موجود در دنیای پیرامون ما تغییر دهد، بلکه اطلاعات تازه‌ای هم در اختیار دانشمندان بگذارد. این اثر می تواند بر رفتار سایر اجسام موجود در جهان هم تاثیر بگذارد، مثل ستاره‌های نوترونی که از هسته های بسیار چگالی بهره می برند. در آنها، امواج صوتی تقریبا با سرعت نور حرکت می کنند. البته که تحقیقات بسیار بیشتری مورد نیاز است، اما همین تحقیق هم یقینا می تواند نویدبخش باشد.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com