物理学者は、特定の条件下では、音が完全な真空中を伝わることを発見しました。
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真空中で音はどのように伝わるのか
フィンランドのユヴァスキュラ大学の Juoran Gen 氏と Ilari Maasirta 氏は、真空中での完全な音響トンネルを初めて実証しました。これを実現するには、動きを電圧に変換する 2 つの圧電材料が必要で、これらの材料間のギャップは、送りたい音の波長より小さくなければなりません。そして、「トンネル」として知られる隙間を完全に飛び越えます。音響トンネリングは 1960 年代から知られていました。しかし、科学者がこの現象の研究を始めたのはつい最近であるため、そのメカニズムはまだ十分に理解されていません。
音の伝播には媒体が必要です。音は振動によって生成され、媒体内の原子や分子が振動します。そしてその振動は隣の粒子に伝わります。私たちは耳の敏感な膜を通してこの振動を知覚します。完全な真空とは、媒体がまったく存在しない真空のことです。振動する粒子がないので、音は伝わらないはずです。
しかし、抜け出す方法はあります。圧電結晶は、機械エネルギーを電気エネルギーに、またはその逆に変換する材料です。言い換えれば、結晶に機械的応力を加えると電場が発生します。結晶が電場にさらされると、逆圧電効果として知られる変形が起こります。
さて、話は面白くなります。音の振動は機械的ストレスを引き起こします。 Gen と Maasirta は酸化亜鉛を圧電結晶として使用し、特定の条件が満たされれば結晶がこの力を電場に変換できることを発見しました。最初のクリスタルの範囲内に 2 番目のクリスタルがある場合、電気エネルギーを機械エネルギーに変換できます。したがって、音波は真空中を伝わります。ただし、これを行うには、2 つの結晶間のギャップが元の音波の長さ以下でなければなりません。
さらに、この効果は周波数によって変化します。真空ギャップが適切に調整されていれば、超音波および超音波周波数でも 2 つの結晶間の真空をトンネルすることができます。この現象は量子力学的トンネリングに似ているため、この発見は量子情報科学や物理学の他の分野の研究に役立つ可能性があります。 「多くの場合、その影響は小さいですが、波が100パーセントの効率で、またはまったく反射せずに真空を飛び越えることができるケースも見つかりました」とマーシルタ氏は述べた。この現象は、微小電気機械部品 (MEMS、スマートフォン技術) や熱制御に応用できる可能性があります。
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