matematik

Показана возможность прохождения звука в среде со скоростью, на пять порядков превышающей обычную и существенно превосходящей скорость света в вакууме.

Сотрудник университета Миссисипи Джоэль Мобли (Joel Mobley) показал, что звуковые волны в воде могут двигаться со скоростью, существенно превышающей не просто скорость света в этой среде, но и скорость света в вакууме. Для этого в воду необходимо добавить большое количество пластиковых шариков-бусинок.

Согласно текущим физическим представлениям, распространение звуковых волн в дисперсной среде описывается двумя скоростями – групповой и фазовой. Последняя из них в воде составляет около 1,5 км/с.

Как сообщает PhysicsWeb, д-р Мобли показал, что групповая скорость высокочастотного ультразвукового импульса может быть увеличена сразу на пять порядков, если направлять ее сквозь камеру, содержащую 8 мл воды и 400 тыс. пластиковых микросфер в ней. Рост скорости на пять порядков означает, что групповая скорость может превысить скорость света в вакууме. Сферы диаметром около 0,1 мм займут около 5% объема наполненной водой камеры.

Рост скорости вызван дисперсией, вследствие которой различные длины волн движутся с различными фазовыми скоростями. При прохождении импульса сквозь среду с аномально высокой дисперсией, волны различной длины начинают двигаться с существенно различными скоростями. Это приводит к изменению формы импульса, в результате чего оказывается, что сам импульс звука в воде начинает двигаться быстрее, чем свет в вакууме. Правда, за все приходится платить – дисперсия очень сильно ослабляет сам импульс.

«Уже давно считалось, что достижение подобных скоростей звуковыми волнами возможно, – считает сам д-р Мобли. – Моя работа показала, что создать условия для этого можно в специфической, но очень простой среде, в отсутствие каких-либо экстремальных условий».

Д-р Мобли планирует поставить эксперименты, в которых удастся наблюдать движение звука со сверхсветовой скоростью на практике, в национальном центре физической акустики в Миссисипи. Основной проблемой в его постановке является увеличение отношения сигнал-шум до значений, при которых возможно детектирование самого импульса, крайне ослабленного дисперсией.

Постановка вопроса о возможности достижения скоростей, превышающих скорость света в вакууме, отражает современное положение дел в науке, где все больше фундаментальных представлений господствующих на сегодняшний день теорий подвергается коренному пересмотру. Так, результаты последних астрономических наблюдений вынудили ученых вновь поставить вопрос о том, что физические константы меняются со временем, а также заставили подвергнуть коренному пересмотру современную космологическую теорию. Помимо фундаментальной науки, исследования акустических процессов имеют огромное прикладное значение. Так, последние результаты группы Талейархана показали, что акустические волны в жидкости способны разогревать вещество в микропузырьках до столь высоких температур, что становится возможным осуществление реакции термоядерного синтеза.