Superfícies e interfaces (Português)
As ondas sonoras podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz? Sim, diz Joel Mobley, físico da Universidade do Mississippi, nos Estados Unidos. Em simulações, Mobley mostrou que os pulsos de ultrassom podem se mover a velocidades “superluminais” quando entram na água que contém milhares de minúsculas contas de plástico.
Ondas que se movem em um meio dispersivo são descritas por uma velocidade de fase e uma velocidade de grupo . A velocidade de fase é a velocidade na qual uma onda de um único comprimento de onda se move e é normalmente cerca de 1,5 quilômetros por segundo para ondas sonoras na água. No entanto, os pulsos de luz ou som contêm, na verdade, uma gama de comprimentos de onda que se movem em velocidades diferentes: a velocidade do grupo é a velocidade com que o próprio pulso se move.
Nos últimos anos, foi demonstrado experimentalmente que a velocidade de grupo de um pulso de laser pode exceder a velocidade da luz no vácuo – 300 milhões de metros por segundo – em certas situações. No entanto, a relatividade especial não é violada nesses experimentos porque eles não envolvem a transferência de informação, matéria ou energia.
Mobley calculou agora que a velocidade de grupo de um pulso de ondas sonoras de alta frequência poderia ser aumentada em cinco ordens de magnitude, enviando-o através de uma pequena câmara que contém cerca de 8 mililitros de água e cerca de 400.000 minúsculas esferas de plástico. Isso significa que a velocidade do grupo excederia a velocidade da luz no vácuo. As esferas têm diâmetros de cerca de 0,1 mm e representam cerca de 5% do volume da mistura água-pérola.
O aumento na velocidade é causado pela dispersão – o fenômeno que faz com que diferentes comprimentos de onda se movam em diferentes velocidades de fase. Quando o pulso entra na mistura, experimenta uma dispersão severa, o que faz com que os diferentes comprimentos de onda que constituem o pulso viajem em velocidades muito diferentes. Isso muda a forma do pulso e pode resultar no próprio pulso se movendo mais rápido do que a velocidade da luz. No entanto, a dispersão também reduz significativamente a intensidade dos pulsos.
“Há muito se reconhece que tais velocidades devem ser possíveis com ondas acústicas”, disse Mobley ao PhysicsWeb. “Meu trabalho mostra que isso pode ser feito em um sistema específico e muito simples e que condições extremas não são necessário.”
Mobley está agora planejando experimentos para observar as velocidades superluminais no Centro Nacional de Acústica Física do Mississippi. O principal desafio será aumentar a relação sinal-ruído de modo que seja possível detectar os pulsos, que terão sua intensidade bastante reduzida pela dispersão.