Как стать автором
Обновить

Учёные показали, как при определённых условиях звук может проходить через вакуум

Время на прочтение2 мин
Количество просмотров9.2K

При определённых условиях звук может проходить даже через идеальный вакуум. Теперь два физика выяснили, какими должны быть эти условия.

Жуоран Генг и Илари Маасилта из Университета Ювяскюля (Финляндия) утверждают, что их результаты представляют собой первое строгое доказательство полного акустического туннелирования в вакууме. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Physics.

Для этого необходимы два пьезоэлектрических материала, способных превращать движение в электрическое напряжение (и наоборот). Объекты должен разделять зазор, меньший, чем длина волны посылаемого звука, который затем полностью перейдёт — или «туннелирует» — через это пространство.

О туннелировании акустических волн известно с 1960-х годов, но учёные начали исследовать это явление сравнительно недавно, поэтому мы ещё не очень хорошо понимаем, как оно работает.

Генг и Маасилта работают над исправлением этой ситуации, сначала описав формализм для изучения акустического туннелирования, а теперь применяя его на практике.

Для распространения звука необходима среда. Звук возникает в результате вибраций, которые заставляют колебаться атомы и молекулы среды, и эти колебания передаются соседним частицам. Мы ощущаем подобные колебания (в определённом диапазоне частот) через чувствительную мембрану в ушах.

Идеальный вакуум — это полное отсутствие среды. Поскольку в нём нет частиц, способных вибрировать, звук не должен распространяться. Однако здесь могут быть определённые оговорки. В вакууме могут возникать электрические поля, что делает пьезоэлектрические кристаллы интригующим материалом для изучения передачи звука через пустое пространство.

Звуковая вибрация создаёт механическое напряжение в материалах. Используя оксид цинка в качестве пьезоэлектрического кристалла, Генг и Маасилта обнаружили, что при соблюдении определённых условий кристалл может преобразовывать это напряжение в электрическое поле.

Если в радиусе действия первого кристалла находится второй, то он может преобразовать электрическую энергию обратно в механическую, и вуаля, звуковая волна преодолела вакуум. Для этого два кристалла должны быть разделены зазором, ширина которого не превышает длины начальной акустической волны.

Причём эффект масштабируется с частотой. При соответствующем масштабе вакуумного зазора даже ультразвуковые и сверхзвуковые частоты могут туннелировать через вакуум между двумя кристаллами.

Поскольку это явление аналогично квантовомеханическому эффекту туннелирования, результаты исследования могут помочь учёным в изучении квантовой информатики, а также других областей физики.

«В большинстве случаев эффект невелик, но мы также обнаружили ситуации, когда полная энергия волны переходит через вакуум со 100% эффективностью, без каких-либо отражений, — говорит Маасилта. — Это явление может найти применение в микроэлектромеханических компонентах и в управлении теплом».

Теги:
Хабы:
Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку
Всего голосов 16: ↑9 и ↓7+7
Комментарии36

Другие новости

Истории

Ближайшие события

2 – 18 декабря
Yandex DataLens Festival 2024
МоскваОнлайн
11 – 13 декабря
Международная конференция по AI/ML «AI Journey»
МоскваОнлайн
25 – 26 апреля
IT-конференция Merge Tatarstan 2025
Казань