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Será que ondas sonoras transportam massa?

Estudo sugere que alguns sons poderiam possuir uma quantidade minúscula, mas mensurável, de massa gravitacional negativa

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É perdoável pensar que nossa compreensão da física clássica já tenha atingido seu máximo ao longo dos quatro séculos desde que Isaac Newton inventou suas leis de movimento. Mas surpreendentes novas pesquisas mostram que ainda há segredos esperando para serem encontrados, escondidos à vista de todos - ou, pelo menos neste caso, ao alcance da voz.

Em um artigo publicado na Physical Review Letters, um grupo de cientistas teorizou que as ondas sonoras possuem massa, o que significa que os sons seriam diretamente afetados pela gravidade. Eles sugerem que os fônons - excitações coletivas parecidas com partículas, responsáveis pelo transporte de ondas sonoras através de um meio - podem exibir uma pequena quantidade de massa em um campo gravitacional. "Seria de se esperar que resultados de física clássica como esse já fossem conhecidos há muito tempo", diz Angelo Esposito, da Universidade de Columbia, principal autor do estudo. "É algo em que nós tropeçamos quase por acaso."

Esposito e seus colegas se basearam em um artigo anterior, publicado no ano passado, no qual Alberto Nicolis, da Columbia, e Riccardo Penco, da Universidade Carnegie Mellon, sugeriram pela primeira vez que os fônons poderiam ter massa em um superfluido. O estudo mais recente, no entanto, mostra que este efeito também deve ser válido em outros materiais, incluindo líquidos e sólidos regulares, e até mesmo no próprio ar.

E, embora se espere que a quantidade de massa transportada pelos fônons seja pequena - comparável a um átomo de hidrogênio, cerca de 10-24 gramas -, ela pode, na verdade, ser mensurável. Exceto que, se você fosse medi-la, encontraria algo profundamente contra-intuitivo: a massa dos fônons seria negativa, significando que eles cairiam "para cima". Com o tempo, sua trajetória gradualmente se afastaria de uma fonte gravitacional como a Terra. "Se tivessem massa gravitacional positiva, eles cairiam para baixo", diz Penco. "Como a massa gravitacional é negativa, os fônons caem para cima." E a extensão da "queda" é igualmente pequena, com a variação dependendo do meio pelo qual o fônon está passando. Na água, onde o som se move a 1,5 quilómetros por segundo, a massa negativa do fônon faz com que se desloque a cerca de 1 grau por segundo. Mas isso corresponde a uma mudança de 1 grau ao longo de 15 quilômetros, o que seria extremamente difícil de medir.

Ainda que possa ser difícil, tal medida ainda deve ser possível. Esposito observa que, para distinguir a massa dos fônons, é possível procurá-los em um meio onde a velocidade do som seja muito lenta. Isso pode ser possível no hélio superfluido, onde a velocidade do som pode cair para centenas de metros por segundo ou menos, e a passagem de um único fônon pode mudar o equivalente a um átomo de material.

Alternativamente, em vez de buscar efeitos minúsculos ampliados em substâncias exóticas, os pesquisadores podem procurar por sinais mais óbvios de fônons portadores de massa estudando de perto ondas sonoras extremamente intensas. Os terremotos oferecem uma possibilidade, diz Esposito. De acordo com seus cálculos, um tremor de magnitude 9 liberaria energia suficiente para que a mudança resultante na aceleração gravitacional da onda sonora do terremoto pudesse ser mensurável usando relógios atômicos. (Embora as técnicas atuais não sejam suficientemente sensíveis para detectar o campo gravitacional de uma onda sísmica, futuros avanços na tecnologia podem tornar isso possível.)

É improvável que as ondas sonoras que têm massa tenham um grande impacto na vida cotidiana, mas a possibilidade que algo tão fundamental tenha passado despercebida por tanto tempo é intrigante. “Até este artigo, pensava-se que as ondas sonoras não transportam massa”, diz Ira Rothstein da Universidade Carnegie Mellon, que não esteve envolvido nesta pesquisa. “Então, nesse sentido, é um resultado realmente notável. Porque sempre que se encontra algum resultado novo na física clássica, dado que ela existe desde Newton, a tendência é pensar que tudo já foi descoberto. Mas, se alguém olha com cuidado o suficiente, poderá encontrar [ideias] novas, mesmo em campos estudados há séculos”.

Quanto ao motivo pelo qual esse fenômeno  nunca foi visto antes, Esposito não tem certeza. "Talvez por sermos físicos de alta energia, a gravidade é mais a nossa língua", diz ele. “Não é um tipo de blábláblá teórico. Em princípio, as pessoas poderiam ter feito a descoberta anos atrás.”

Jonathan O`Callaghan

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