自從艾薩克·牛頓提出他同名的運動定律以來，你可能會認為我們對經典物理學的理解已經達到了頂峰。但令人驚訝的新研究表明，仍然有秘密等待被發現，它們隱藏在顯眼的地方——或者，至少在這種情況下，就在我們的聽力範圍內。
在《物理評論快報》上發表的一篇論文中，一組科學家提出了聲波具有質量的理論，這意味著聲音會直接受到重力的影響。他們認為，聲子，即負責在介質中傳輸聲波的類粒子集體激發，可能會在引力場中表現出微小的質量。“你會認為像這樣的經典物理學結果早就應該知道了，”哥倫比亞大學的安吉洛·埃斯波西託說道，他是這篇論文的主要作者。“這是我們幾乎偶然發現的。”
埃斯波西託和他的同事們在去年發表的一篇論文的基礎上進行了研究，該論文由哥倫比亞大學的阿爾貝託·尼科利斯和卡內基梅隆大學的裡卡多·彭科首次提出，聲子可能在超流體中具有質量。然而，最新的研究表明，這種效應也應該適用於其他材料，包括普通液體和固體，甚至空氣本身。
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雖然聲子攜帶的質量預計會很小——與氫原子相當，約為10–24克——但它實際上可能是可測量的。但是，如果你去測量它，你會發現一些非常違反直覺的事情：聲子的質量將是負的，這意味著它們會“向上”墜落。隨著時間的推移，它們的軌跡將逐漸遠離像地球這樣的引力源。“如果它們的引力質量是正的，它們就會向下墜落，”彭科說。“因為它們的引力質量是負的，聲子會向上墜落。” 它們“墜落”的量同樣很小，取決於聲子傳播的介質。在水中，聲音以每秒1.5公里的速度傳播，聲子的負質量會導致它以每秒約1度的速度漂移。但這相當於在15公里範圍內變化1度，這將極其難以測量。
儘管測量可能很困難，但這樣的測量仍然應該是可能的。埃斯波西託指出，為了區分聲子的質量，人們可以在聲速非常慢的介質中尋找它們。這在超流體氦中可能是可能的，在那裡聲速可以降至每秒數百米或更低，並且單個聲子的透過可能會改變一個原子等效的物質。
或者，研究人員可能不是尋找透過奇異物質放大的微小效應，而是透過仔細研究極強的聲波來尋找攜帶質量的聲子的更明顯的跡象。埃斯波西託說，地震提供了一種可能性。根據他的計算，9級地震會釋放足夠的能量，從而使用原子鐘可以測量地震聲波引起的引力加速度變化。（儘管目前的技術不夠靈敏，無法檢測到地震波的引力場，但未來技術的進步可能會使這成為可能。）
聲波具有質量不太可能對日常生活產生重大影響，但如此基本的東西長期以來被忽視的可能性令人著迷。“直到這篇論文，人們還認為聲波不傳輸質量，”卡內基梅隆大學的艾拉·羅斯坦說，他沒有參與這項研究。“所以從這個意義上說，這是一個非常了不起的結果。因為每當你發現經典物理學中的任何新結果時，考慮到它自牛頓時代以來就存在了，你會認為它已經被完全理解了。如果你足夠仔細地觀察，你甚至可以在研究了幾個世紀的領域中找到新的[想法]。”
至於為什麼以前從未發現過這一點，埃斯波西託也不確定。“也許是因為我們是高能物理學家，引力更像是我們的語言，”他說。“這不是什麼理論上的胡言亂語。原則上人們可能在多年前就發現了它。”