“Il suono è dotato di massa”, la nuova ipotesi di due fisici italiani
Secondo una nuova teoria elaborata, tra gli altri, da due fisici italiani, le onde sonore sarebbero dotate di massa. In questa immagine il musicista siriano Abed Harsony suona un tipico oud arabo. Fotografia di Patrik Stollarz/Afp© Fornito da La RepubblicaSecondo una nuova teoria elaborata, tra gli altri, da due fisici italiani, le onde sonore sarebbero dotate di massa. In questa immagine il musicista siriano Abed Harsony suona un tipico oud arabo. Fotografia di Patrik Stollarz/Afp
Secondo le leggi della fisica classica, il suono è una perturbazione che si propaga in un mezzo materiale. Nel caso in cui il mezzo sia un gas, la perturbazione è rappresentata da una serie di rarefazioni e compressioni delle particelle del gas, che permettono la propagazione della perturbazione da una zona all’altra, senza che vi sia alcun trasporto di massa perché le particelle oscillano intorno alle loro posizioni di equilibrio senza spostarsi complessivamente nella direzione del moto (un po’ come la ola fatta dai tifosi in cui l’onda si propaga all’interno dello stadio ma gli spettatori si limitano solo ad alzare le braccia ed alzarsi in piedi, senza allontanarsi dal loro posto).
A formulare una teoria alternativa a quella classica, per cui le onde sonore sarebbero in realtà dotate di massa, sono stati due ricercatori italiani, Alberto Nicolis e Nicola Penco, che hanno compiuto studi su questo fenomeno già due anni fa analizzando il suono in un superfluido a temperatura zero. Ora lo stesso Nicolis, assieme ad Angelo Esposito e a Rafael Krichevsky, tutti della Columbia University, in un articolo dal titolo “The gravitational mass carried by sound waves” (link: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.084501), pubblicato pochi giorni fa sulla rivista Physical Review Letters, hanno dimostrato che anche nei materiali più ordinari, come i solidi e i fluidi, il suono interagisce con la gravità in un modo che può essere compreso avanzando appunto l’ipotesi che esso possieda una massa.
E per il momento si tratta di una semplice ipotesi, in quanto i ricercatori sono molto lontani dall’aver raggiunto una spiegazione esaustiva del fenomeno. La situazione inoltre è complicata ancora di più dal fatto che la massa nelle loro osservazioni non ha il solito valore positivo, ma si presenta come una quantità negativa. Questo significa, tra le altre cose, che le onde sonore e il campo gravitazionale della Terra non si attraggono, ma si respingono e quindi la musica e il suono in generale per effetto della gravità tende ad alzarsi verso l’alto.
Il fenomeno ha diverse conseguenze. Le più dirette sono che lo stesso suono, oltre ad essere deviato dal campo gravitazionale terrestre è, a sua volta, sorgente di un debole campo gravitazionale. Per cui, se si considerano due onde sonore che avanzano parallelamente lungo la stessa direzione, dal momento che hanno entrambe la massa negativa, si attraggono e, alla lunga, si avvicinano lentamente l’una all’altra.
Quanto ipotizzato non è dovuto però alla formula elaborata da Einstein di equivalenza tra massa ed energia prevista dalla relatività (secondo la quale, dal momento che l’onda possiede una certa energia, ad essa corrisponde necessariamente una determinata quantità di massa), perché l’effetto si presenta anche nei limiti non relativistici. Né si tratta di un effetto quantistico, perché il risultato continua a valere anche per le onde classiche.
Gli autori hanno dimostrato che si tratta di un fenomeno non lineare e questo potrebbe spiegare perché non sia mai stato preso in considerazione prima, dal momento che vengono analizzati più spesso fenomeni lineari.
La grandezza della massa associata alle onde sonore ha un valore molto basso, dipendente dalla sua energia moltiplicata per un fattore collegato allo stato del mezzo in cui l’onda si propaga. Ad esempio, un’onda sonora dotata dell’energia di 1 Joule (l’energia necessaria per sollevare di un metro una massa di circa 100 grammi), che si propaga nell’acqua, ha una massa di appena 0,1 millesimo di grammi.
Per ottenere prove sperimentali e dimostrare la veridicità della loro teoria, gli autori hanno individuato alcuni fenomeni che, potenzialmente, si prestano ad una maggiore facilità di esecuzione.
Una possibilità è data dall’uso di gas atomico o molecolare freddissimo come mezzo di propagazione. In questi sistemi si possono raggiungere piccolissime velocità del suono e ottenere così un’amplificazione dell’effetto.
Un’altra possibilità è rappresentata dai terremoti, perché sarebbero in grado di generare onde dotate di masse molto elevate. In un terremoto di magnitudine 9, ad esempio, si genera un’onda di massa pari a 100 miliardi di Kg. L’interazione tra questa massa e la gravità terrestre determina una piccolissima variazione nell’accelerazione di gravità, dell’entità di un decimillesimo di nanometri al secondo quadrato. Gli orologi atomici e i rilevatori quantistici di gravità sono in grado di valutare frazioni di nanometri al s2, quindi si tratta di misure ai limiti degli attuali misuratori.
Infine, vi possono essere effetti rilevanti nella dinamica delle stelle di neutroni, oppure si potrebbe tentare di misurare le traiettorie di due onde sonore che viaggiano parallelamente per verificare se, come previsto dalla teoria, vi sono deviazioni e, in particolare, se, al passare del tempo, si avvicinano per effetto della loro attrazione gravitazionale.
Se l’ipotesi venisse confermata si tratterebbe di una “rivoluzione culturale”, ma quanto alle possibili applicazioni della loro teoria gli autori per il momento non si sbilanciano.
