你對於聲音的認識可能是錯的:研究稱聲子有負質量

北京時間8月15日消息，據國外媒體報導，研究人員近日在論文預印網站arXiv上發表了一篇論文，稱聲音有「負質量」，會逐漸向上運動、直至消失，只不過這一過程極其緩慢。這或將徹底改變科學家對聲波的認識。

傳統理論認為，聲波是一種無質量的「漣漪」，可沿著物質傳播。聲波會先向分子施加一個推力，但最終取得平衡後，分子便會做幅度相同、方向相反的運動。這個簡單直接的模型可以解釋大多數情況下聲波的行為，但這篇新論文指出，事實並非僅此而已。

長時間以來，科學家一直認為聲波是沒有質量的。這張超音速噴氣機周圍的聲波圖也體現了這一點。但一項新研究指出，事實並非如此。

聲子（phonon）是一種粒子態的振動單位，可以在微觀尺度上描述聲音的行為。哥倫比亞大學物理學研究生拉菲爾·克裡切夫斯基（Rafael Krichevsky）指出，聲子有非常微弱的負質量，這意味著聲波會稍稍向上方運動。

這篇論文由克裡切夫斯基與哥大物理學研究生安傑洛·埃斯波西託（Angelo Esposito）和哥大物理學副教授阿爾伯託·尼克利斯（Alberto Nicolis）共同發表。克裡切夫斯基解釋道，聲子並不是一般人心目中的那種粒子，如分子、原子等等。聲音在空氣中傳播時，會引發周圍的分子振動，但這種振動無法簡單地用分子自身運動來解釋。相反，就像光波可以用光子來描述一樣，聲子也可以描述聲音與液體分子之間複雜的相互作用。這個模型並未涉及實際的物理粒子，但研究人員可以用它來描述聲音的行為。結果研究人員發現，聲子具有微弱的反質量，因此受到地球重力影響時，聲子會不降反升。

「在引力場中，聲子會朝著與引力相反的方向緩緩加速運動。」克裡切夫斯基指出。

要想弄明白這一點，可以先想像一種正常的、會沿引力向下運動的液體。液體粒子會壓縮其下方的粒子，因此越往下密度越大。物理學家已經知道，介質密度越大，聲音的傳播速度往往越快。因此某個聲子上方的聲音傳播速度會慢於其下方聲音的傳播速度。這樣一來，聲子便相當於向上「偏移」了。

克裡切夫斯基表示，大規模聲波也存在這一現象，包括你平時說話的聲音。只要傳播距離足夠遠，你的聲音就會越升越高，只不過幅度非常微小，還無法用現有技術測量。

但有朝一日，利用超高精度的計時工具，也許可以精確測量出聲子軌跡的微小變化。有專家指出，不妨用重金屬音樂來做這類實驗，想必會很有意思。

研究人員表示，這一發現將具有實際意義。在中子星密度極高的內核中，聲波的傳播速度可接近光速。而聲波若具有反重力特性，應當能夠對整個中子星產生實際影響。

但就目前而言，這些猜測仍停留在理論階段，還需要細細考慮一番。