¿El Sonido Tiene Masa y Ejerce Gravedad?

^{Por Dra. Inés Urdaneta / Física e investigadora de Resonance Science Foundation}

Para que el sonido se viera afectado por la gravedad y la ejerciera, tendría que llevar masa propia. Pero nuestras observaciones mostraban que el sonido es una vibración que viaja a través de un medio; energía que no lleva masa propia y que viaja a través de un material. Intuitivamente vemos que la velocidad y propagación de la onda sonora depende de la masa a través de la cual viaja; las ondas sonoras viajan a diferentes velocidades en diferentes medios (agua, aceite, madera). El desplazamiento desde una posición de equilibrio de la masa (átomos en un material) se percibe como sonido. Parece que todo se entiende, ¿verdad? Pues aquí es donde entra en juego la pieza que falta: ¡la energía que promueve el desplazamiento de los átomos lleva masa propia! Eso es lo que concluyen los resultados de la investigación presentada a continuación.

Veamos cómo ... los átomos de un material sometido a la estimulación sonora presentan desplazamientos mecánicos proporcionales a la energía de la onda sonora o de la vibración, representada a menudo como un resorte.  En el material a nivel atómico, se sabe que esta vibración de energía mecánica se cuantifica en cantidades discretas llamadas fonones, al igual que un átomo absorbe o emite la energía contenida en las vibraciones de las ondas electromagnéticas que llamamos luz, en cantidades discretas llamadas fotones. Y estos fonones o "partículas de sonidos" al igual que los fotones o "partículas de luz", implican que las ondas a las que pertenecen, se propagan en cantidades discretas llamadas cuántos. Si un fotón es un cuánto de luz, un fonón sería un cuánto de sonido. Se cree que ambos cuántos carecen de masa, pero hasta hace muy poco -y casi por accidente- se descubrió que los fonones sí llevan una cantidad muy pequeña de masa.

Esto no debería sorprender, ya que la famosa ecuación de Einstein E=mc² nos dice que existe una equivalencia exacta entre energía y masa. Para entender el significado de la ecuación, utilizamos la siguiente imagen. A grandes rasgos, la masa es una vibración confinada; se traduce en un efecto gravitatorio. Por su parte, la luz es una vibración que se propaga, de modo que la condición de frontera entre la vibración que se propaga y la confinada es precisamente la constante proporcional conocida como velocidad de la luz c, que establece el límite de la velocidad a la que puede viajar una masa, es decir, un límite para que las vibraciones permanezcan confinadas y, por tanto, ejerzan la gravedad. Por esta razón, las vibraciones electromagnéticas (luz) son portadores de energía que permanecen sin masa en movimiento porque se propagan a la velocidad de la luz. Dado que el sonido se refiere a la propagación de vibraciones a través de fonones que viajan más despacio que la velocidad de la luz, está implícita cierta masa (véase aquí).

"Cabría esperar que resultados de la física clásica como éste se conocieran ya desde hace mucho tiempo", - Angelo Esposito, Universidad de Columbia

Esposito y sus colaboradores de la Universidad de Columbia demostraron que una onda sonora de un solo vatio que se moviera durante un segundo en el agua llevaría consigo una masa de aproximadamente 0,1 miligramos. La masa resultó ser una fracción de la masa total de un sistema que se movía con la onda al desplazarse de un sitio a otro (véase aquí).

Cabe señalar que los investigadores no midieron realmente la masa transportada por una onda sonora, sino que utilizaron las matemáticas para demostrar que esto ocurre. Se espera que la masa de un fonón sea muy pequeña, comparable a la masa del átomo de hidrógeno, unos 10^-24 gramos, y por muy pequeña que parezca, puede ser medible. Sugieren experimentos para realizar mediciones reales con ondas sonoras mientras se mueven a través de un superfluido o condensado de Bose-Einstein hecho de átomos muy fríos, lo que permitiría transportar suficiente masa para la medición. Otro enfoque mejor podría ser medir la masa transportada por las ondas sonoras que se mueven a través de la Tierra durante un terremoto, ya que mueve miles de millones de kilogramos de masa; el sonido generado por ella podría ser visible en dispositivos que miden señales gravitacionales como las ondas gravitacionales detectadas recientemente, procedentes de la colisión de dos agujeros negros supermasivos.

Su trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters explica que la creencia de que las ondas sonoras no transportan masa, sólo es cierto en el orden lineal. Como afirma el resumen de esta publicación "Utilizando técnicas de teoría de campo efectivo, confirmamos el resultado encontrado por Nicolis y Penco[1] para superfluidos de temperatura cero, y lo extendemos al caso de los sólidos y los fluidos ordinarios. Demostramos que, de hecho, las ondas sonoras llevan masa -en particular, masa gravitacional-. Esto implica que una onda sonora no sólo se ve afectada por la gravedad, sino que también genera un minúsculo campo gravitatorio, un aspecto no apreciado hasta ahora. Nuestros hallazgos son válidos también para los medios no relativistas y podrían tener intrigantes implicaciones experimentales".

Parece que el fenómeno convencional tiene mucho más que revelar a nuestros ojos y a nuestros oídos de lo que se pensaba. La realidad sigue alimentando nuestra imaginación...

_{RSF en perspectiva}

¿Podría ser entonces que, con el uso adecuado de estas ondas sonoras, que pueden mostrar efectos de masa negativa (normalmente conocidos como antigravedad o gravedad en sentido contrario, tirando hacia arriba en lugar de hacia abajo), las civilizaciones antiguas fueran capaces de mover inmensas y pesadas piedras de roca para construir los enormes templos y estructuras megalíticas -pirámides de Egipto, México, Stonehenge, etc.- que se encuentran por todo el mundo? En muchos textos antiguos se afirma que las piedras se movían sin esfuerzo y que levitaban.

El hecho de que la masa del fonón esté muy cerca de la del átomo de hidrógeno (básicamente la masa del propio protón) es muy intrigante; sugiere una conexión más profunda, ya que probablemente no se trata de una azarosa coincidencia. Nuestro equipo de investigación seguirá estudiando esta cuestión. Pero lo más importante es que, como la realidad está compuesta por una variedad de estados de la materia, esta constatación conecta con lo que afirman las culturas antiguas de todo el mundo, las cuales enfatizan el papel de la palabra hablada como herramienta para manifestar una realidad física .... la palabra es sonido, y el sonido, ¡aporta masa!

Referencias:

[1] Phys. Rev. B 97, 134516 (2018)