W szkole każdy z nas uczony jest o tym, że próżnia nie jest miejscem sprzyjającym falom dźwiękowym. Teraz naukowcy udowodnili jednak, że w rzeczywistości dźwięk może rozchodzić się w próżni. Dzieje się tak natomiat tylko w pewnych warunkach i po niezbyt długich dystansach.
Dźwięk w próżni
Być może o tym nie wiesz, albo o tym nie pamiętasz, ale film Obcy – 8. Pasażer „Nostromo” z 1979 roku był promowany hasłem „W kosmosie nikt nie usłyszy Twojego krzyku”. To dlatego, że kosmos jest próżnią – przestrzenią pozbawioną jakichkolwiek cząsteczek. Tymczasem powszechnie uznaje się, iż fale dźwiękowe mogą rozchodzić się tylko wśród cząsteczek jakiegoś ośrodka. Ośrodkiem może być chociażby powietrze czy woda.
Przestrzeń kosmiczna rzecz jasna nie jest próżnią w stu procentach. Naukowcy obserwują w niej bowiem chmury pyłu i gazu. Wykrywają także plazmę i inne cząsteczki. Niemniej, cała ta materia jest otoczona przez wielkie obszary pustki, gdzie nie ma dosłownie niczego. W takich obszarach nie ma żadnego ośrodka, przez który zgodnie z dotychczasową wiedzą fala dźwiękowa mogłaby się przemieszczać.
Napisałam, że powszechnie uznaje się, iż fala dźwiękowa nie może przechodzić przez próżnię, ponieważ naukowcy z Finlandii pokazali, że… jednak może. Niemniej nie oznacza to, że ktokolwiek mógłby usłyszeć w kosmosie Twój krzyk.
Ciekawy wyjątek
Badacze z Finlandii przeprowadzili eksperyment, w ramach którego „przetransmitowali’ fale dźwiękowe w próżni między dwoma kryształami tlenku cynku. To, jakie kryształy wykorzystano, miało ogromne znaczenie.
Kryształ tlenku cyklu jest materiałem piezoelektrycznym. Oznacza to, że po przyłożeniu do niego siły lub ciepła wytwarza on ładunek elektryczny, który zakłóca pobliskie pola elektryczne. Tak samo dzieje się, gdy oddziałują na niego fale dźwiękowe. Jeżeli kryształ dzieli pole elektryczne z innym kryształem tlenku cynku, wówczas wytwarzane za jego pośrednictwem zakłócenia mogą przemieszczać się między dwoma kryształami w próżni. Zakłócenia odzwierciedlają częstotliwość fal dźwiękowych, więc kryształ odbierający je może je zamienić z powrotem w dźwięk po drugiej stronie próżni. Innymi słowy, to dzięki efektowi piezoelektrycznemu dźwięk może rozchodzić się w próżni.
Niestety zakłócenia nie są w stanie pokonać odległości większej niż długość pojedynczej fali dźwiękowej. Teoretycznie wykorzystanie kryształów tlenku cynku pozwala jednak przesłać w próżni dowolny typ fali dźwiękowej, o ile odległość kryształami jest odpowiednio mała.
Omawiana metoda jest też nie zawsze niezawodna. W dużej części eksperymentów dźwięk nie był przenoszony przez kryształy idealnie. Czasem fale dźwiękowe były zniekształcane lub odbijane podczas przechodzenia prze pole elektryczne. Niemniej, od czasu do czasu kryształy doskonale przenosiły całą falę dźwiękową.
„W większości przypadków efekt był niewielki, ale trafiliśmy też na sytuacje, w których cała energia fali przeskakiwała przez próżnię ze 100% skutecznością, bez żadnych odbić.”, powiedział profesor Ilari Maasilta z Uniwersytetu w Jyväskylä.
Odkrycie o większym znaczeniu niż się zdaje
Pewnie zastanawiasz się, czy wyniki badań przeprowadzonych w Finlandii mogą mieć jakiekolwiek praktyczne zastosowanie. Rzecz jasna nie przeprowadzono ich tylko po to, by pokazać, że fale dźwiękowe jednak mogą pokonywać próżnię. W końcu, ich odkrycie to tylko wyjątek potwierdzający regułę.
Naukowcy mają nadzieję, że dokonane przez nich odkrycie pomoże opracować jeszcze bardziej zaawansowane systemy mikroelektromechaniczne (MEMS). Takie systemy znalazłyby zastosowanie w smartfonach i prawdopodobnie wielu innych urządzeniach.
Źródło: Uniwersytet w Jyväskylä, fot. tyt. Uniwersytet w Jyväskylä