聲波可以攜帶質量？

2018年，高能物理學家Alberto Nicolis和Riccardo Penco在利用量子場論分析聲波通過超流氦的行為時驚訝地發現，這些聲波攜帶著少量的質量。他們發現，在聲子（聲波的量子單位）與引力場的相互作用中，聲子在運動時會傳輸質量。

現在，Nicolis與另外兩名理論家將這種研究擴展到一些更熟悉的物質，例如普通的液體或固體中，得到的結果幾乎與之前相同：一個長1秒、功率為1瓦特的聲波，攜帶的質量大約為0.1毫克。

作為研究人員之一的Angelo Esposito說：」這種質量就是我們每天都在經歷著的實實在在的引力質量。它是系統總質量的一小部分，會隨著波的運動從一個地方移動到另一個地方。「

過去，大多數物理學家都假設聲波攜帶的是能量而非質量，這意味著它們不會產生任何引力場。新的研究分析所揭示的效應超越了通常用於研究聲波的線性模型，那是一種簡化過的模型，例如它們假設材料的位移總是與施加的力成正比。雖然這種近似在大多數情況下都是可行的，但它卻完全忽略了質量效應。Esposito認為，這是因為大多數人在研究聲波時很少考慮聲波與引力的相互作用。

新的計算表明，對大多數材料中的普通聲波來說，聲波攜帶的質量等於聲波的能量乘以一個由聲波速度以及介質質量密度決定的因子。聲波攜帶的質量是負的，這是一種質量的消耗，而不是質量的增加。因此，在引力場中的聲波應該像任何在水中有浮力的物體一樣向上漂浮。

研究人員表示，要找到對質量流的正確物理解釋，他們還有更多的工作要做。他們指出，對於液體來說，這種效應似乎意味著一小部分的粒子必須逆聲波的運動而行。但這種觀點對固體的可行性要更低。

Nicolis說：「我們相信這個結果，因為描述固體和液體的數學是非常相似的。但目前仍困惑於要如何從微觀層面解釋固體的這些結果。」

高能物理學家Ira Rothstein對固體中的這種效應提出了一種可能的物理解釋。彈性壓縮波可以向一個方向漸進地移動一小塊質量，至少在抵達遠場表面之前會如此。Rothstein說，理解固體表面發生的變化對於正確解釋質量流來說至關重要。

研究人員希望這種效應能很快被探測到。例如，他們估計，在極冷原子的玻色-愛因斯坦凝聚態下，一個聲波所能攜帶的質量可以達到系統總質量的1/1000，接近目前探測技術的極限。另外，我們還可以利用地震來進行測量：當地震產生的強烈聲波穿過地殼時，與之相關的質量或許可以高達1000億公斤，這樣就可被敏感的引力探測設備記錄。

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

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