RW Space

При определенных обстоятельствах звук может проходить через идеальный вакуум. Теперь два физика выяснили, какими должны быть эти условия.

Жуоран Генг и Илари Маасилта из Университета Ювяскюля в Финляндии говорят, что их результаты представляют собой первое строгое доказательство полного акустического туннелирования в вакууме

. p>

Для этого вам понадобятся два пьезоэлектрических материала, способны превращать движения в напряжения (и наоборот). Объекты должны быть разделены промежутком, меньшим, чем длина волны звука, который вы хотите отправить, который затем полностью перепрыгнет — или «туннелирует» — через это пространство.

Мы’ нам известно о туннелировании акустических волн с 1960-х годов, но ученые начали исследовать это явление относительно недавно, а это означает, что мы еще не очень хорошо понимаем, как это работает.

Генг и Маасилта работал над исправлением этого, сначала описав формализм для изучения акустического туннелирования, а теперь применив его.

Для распространения звуку требуется среда для прохождения. Звук генерируется вибрациями, которые вызывают вибрацию атомов и молекул в среде; эта вибрация передается соседним частицам. Мы ощущаем эти вибрации через чувствительную мембрану в наших ушах.

Идеальный вакуум — это полное отсутствие среды. Поскольку нет частиц, которые могли бы вибрировать, звук не должен распространяться.

Но есть лазейки. То, что считается вакуумом, все еще может вибрировать электрическими полями, что делает пьезоэлектрические кристаллы интригующим материалом для изучения звука в пустых пространствах.

Это материалы, которые преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот. . Другими словами, если вы приложите механическое усилие к кристаллу, он создаст электрическое поле. И если вы подвергнете кристалл воздействию электрического поля, кристалл деформируется. Это называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Хорошо, вот тут-то и начинается веселье. Звуковая вибрация вызывает механическое напряжение. Используя оксид цинка в качестве пьезоэлектрических кристаллов, Генг и Маасилта обнаружили, что кристалл может преобразовывать это напряжение в электрическое поле, если выполняются определенные условия.

Если в радиусе действия первого находится второй кристалл, он может преобразовать электрическую энергию обратно в механическую – и вуаля, звуковая волна прошла через вакуум. Для этого два кристалла должны быть разделены зазором не шире длины исходной акустической волны.

И эффект масштабируется с частотой. Пока вакуумный зазор соответственно увеличен, даже ультразвуковые и гиперзвуковые частоты могут туннелировать через вакуум между двумя кристаллами.

Поскольку это явление аналогично квантово-механическому эффекту туннелирования, результаты исследования может помочь ученым изучать квантовую информатику, а также другие области физики.

«В большинстве случаев эффект невелик, но мы также обнаружили ситуации, когда полная энергия волны перескакивает через вакуум со скоростью 100 процент эффективности, без каких-либо отражений», — говорит Маасилта.

«Таким образом, это явление может найти применение в микроэлектромеханических компонентах (MEMS, технологии смартфонов) и в контроле тепла».

>Исследование опубликовано в журнале Communications Physics.