Ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει και στο απόλυτο κενό – Κάτω υπό ποιες συνθήκες

Δύο επιστήμονες στην Φινλανδία ανακάλυψαν ποιες είναι αυτές οι συνθήκες κάτω από τις οποίες ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει στο κενό και το απέδειξαν. 

Για να το καταφέρουν, χρησιμοποίησαν δύο πιεζοηλεκτρικά υλικά, τα οποία μπορούν να μετατρέψουν την κίνηση σε ηλεκτρισμό και το αντίστροφο. Χώρισαν τα δυο αυτά υλικά με ένα κενό αέρος, το οποίο ήταν μικρότερο από το μήκος κύματος του ήχου που ήθελαν να στείλουν, και διαπίστωσαν ότι ο ήχος «πήδηξε» από το ένα μέσο στο άλλο.

Η μετάδοση των ακουστικών κυμάτων μέσω αυτής της «σήραγγας» ήταν γνωστή από τη δεκαετία του 1960, αλλά οι επιστήμονες άρχισαν να διερευνούν το φαινόμενο σχετικά πρόσφατα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουμε ακόμη πολύ καλή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του.

Για να διαδοθεί ο ήχος χρειάζεται ένα μέσο για να ταξιδέψει. Ο ήχος παράγεται από δονήσεις, οι οποίες προκαλούν κίνηση στα άτομα και τα μόρια του μέσου και στη συνέχεια η δόνηση αυτή μεταδίδεται στα γειτονικά σωματίδια. Αισθανόμαστε αυτές τις δονήσεις μέσω μιας ευαίσθητης μεμβράνης που βρίσκεται στα αυτιά μας.

Το απόλυτο κενό χαρακτηρίζεται από την πλήρη απουσία ενός μέσου. Εφόσον δεν υπάρχουν σωματίδια για να δονηθούν, ο ήχος δεν θα έπρεπε να μεταφέρεται. Ωστόσο ένα κενό μπορεί να έχει ηλεκτρικά πεδία, γεγονός που καθιστά τους πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους ένα ενδιαφέρον υλικό για τη μελέτη του ήχου σε κατά τα άλλα κενούς χώρους. Αυτά είναι υλικά που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική και αντίστροφα. Με άλλα λόγια, αν ασκήσετε μηχανική πίεση στον κρύσταλλο, θα παραχθεί ηλεκτρικό πεδίο. Αν εκθέσετε τον κρύσταλλο σε ηλεκτρικό πεδίο, θα παραμορφωθεί. Αυτό είναι γνωστό ως αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.

Μια ηχητική δόνηση ασκεί μηχανική καταπόνηση. Χρησιμοποιώντας οξείδιο του ψευδαργύρου ως πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ένας κρύσταλλος μπορεί να μετατρέψει αυτή την τάση σε ηλεκτρικό πεδίο αν πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις.

Εάν υπάρχει ένας δεύτερος κρύσταλλος εντός της εμβέλειας του πρώτου, μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και έτσι ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει στο κενό. Το φαινόμενο αυτό κλιμακώνεται με τη συχνότητα. Εφόσον το κενό κλιμακώνεται ανάλογα, ακόμη και οι συχνότητες υπερήχων και υπερηχητικών κυμάτων μπορούν να διαπεράσουν το κενό μεταξύ των δύο κρυστάλλων.

Επειδή το φαινόμενο είναι ανάλογο με το κβαντομηχανικό φαινόμενο της σήραγγας, τα αποτελέσματα της έρευνας θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μελετήσουν την επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας, καθώς και άλλους τομείς της Φυσικής.

«Στις περισσότερες περιπτώσεις το φαινόμενο είναι σε μικρή κλίμακα αλλά βρήκαμε και περιπτώσεις όπου η πλήρης ενέργεια του κύματος μπορεί να ΄πηδήξει’ το κενό με 100% απόδοση», δήλωσαν οι ερευνητές.

«Ως εκ τούτου, το φαινόμενο θα μπορούσε να βρει πρακτικές εφαρμογές σε μικροηλεκτρομηχανικά εξαρτήματα (MEMS, τεχνολογία smartphone) και στον έλεγχο της θερμότητας», πρόσθεσαν οι ερευνητές.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Communications Physics».