Dadas as circunstâncias certas, é possível que o som viaje através de um vácuo perfeito. Agora, dois físicos descobriram quais devem ser essas condições.
Zhuoran Geng e Ilari Maasilta, da Universidade de Jyväskylä, na Finlândia, dizem que suas descobertas representam a primeira prova rigorosa de tunelamento acústico completo no vácuo.
Para alcançá-lo, você precisará de dois materiais piezoelétricos, capazes de transformar movimentos em tensões (e vice-versa). Os objetos precisam ser separados por uma lacuna menor que o comprimento de onda do som que você deseja enviar, que então saltará completamente – ou “túnel” – através desse espaço.
Sabemos sobre o tunelamento de ondas acústicas desde a década de 1960, mas os cientistas só começaram a investigar o fenômeno recentemente, o que significa que ainda não temos uma boa compreensão de como ele funciona.
Geng e Maasilta têm trabalhado para corrigir isso, primeiro descrevendo um formalismo para o estudo do tunelamento acústico e agora aplicando-o.
Para se propagar, o som requer um meio para viajar. O som é gerado por vibrações, que fazem com que átomos e moléculas do meio vibrem; essa vibração é transmitida às partículas adjacentes. Sentimos essas vibrações por meio de uma membrana sensível em nossos ouvidos.
Um vácuo perfeito é uma completa ausência de um meio. Como não há partículas para vibrar, o som não deveria ser capaz de se propagar.
Mas há brechas. O que se qualifica como vácuo ainda pode zumbir com campos elétricos, o que torna os cristais piezoelétricos um material intrigante para o estudo do som em espaços vazios.
São materiais que convertem energia mecânica em energia elétrica e vice-versa. Em outras palavras, se você colocar um estresse mecânico no cristal, ele produzirá um campo elétrico. E se você expor o cristal a um campo elétrico, o cristal se deformará. Isso é conhecido como efeito piezoelétrico inverso.
OK, é aqui que fica divertido. Uma vibração sonora exerce estresse mecânico. Usando óxido de zinco como seus cristais piezoelétricos, Geng e Maasilta descobriram que um cristal pode converter esse estresse em um campo elétrico se certas condições forem atendidas.
Se houver um segundo cristal dentro do alcance do primeiro, ele pode converter a energia elétrica de volta em energia mecânica – et voila, a onda sonora atravessou o vácuo. Para fazer isso, os dois cristais devem ser separados por uma lacuna não maior que o comprimento da onda acústica inicial.
E o efeito escala com frequência. Desde que o intervalo de vácuo seja dimensionado de acordo, mesmo as frequências de ultrassom e hipersom podem criar um túnel através do vácuo entre os dois cristais.
Como o fenômeno é análogo ao efeito mecânico quântico do tunelamento , os resultados da pesquisa podem ajudar os cientistas a estudar a ciência da informação quântica, bem como outras áreas da física.
“Na maioria dos casos, o efeito é pequeno, mas também encontramos situações em que toda a energia da onda salta no vácuo com 100% de eficiência, sem nenhum reflexo”, diz Maasilta.
“Como tal, o fenômeno pode encontrar aplicações em componentes microeletromecânicos (MEMS, tecnologia de smartphones) e no controle de calor”.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
