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Hasta ahora pensábamos que el sonido requiere necesariamente de un medio material para propagarse, como el aire o el agua, pero un nuevo estudio demuestra que eso no es siempre así. El sonido podría propagarse ayudado de débiles campos eléctricos.
José Luis Oltra
Físico y divulgador científico
Hace ya cuarenta y cuatro años del estreno de “Alien, el octavo pasajero”, la película de Ridley Scott que se anunció con la espeluznante promesa de que “en el espacio nadie puede oír tus gritos”. Y aún así la frase sigue presente y, por supuesto, vigente. Porque ni Scott ni sus publicistas habían descubierto nada nuevo, simplemente le daban un giro terrorífico a la necesidad del sonido de utilizar un medio material para propagarse. Sin embargo, una investigación reciente quiere desafiar esta premisa con siglos de antigüedad.
El sonido es una onda y como tal surge de una oscilación. Concretamente de la oscilación de las moléculas del medio por el que se propaga. En nuestra experiencia cotidiana este medio es, casi siempre, el aire. Acostumbramos a escuchar sonidos a través del aire. Ya sea hablando con alguien, al escuchar música o al oír un golpe, una vibración alcanza nuestros oídos y el cerebro la interpreta como un sonido. Cada vibración tiene un origen diferente. Si hablamos la vibración de las cuerdas vocales hará a su vez vibrar a las moléculas del aire de nuestra garganta. Esta vibración se irá transmitiendo a las moléculas circundantes que irán propagándola hasta que la energía esté tan repartida que no puedan hacer vibrar a la siguiente molécula. Si por casualidad hay alguna oreja en el camino, alguien oirá un sonido.
Representación artística de ondas sonoras saltando a través del vacío. Foto: Nanoscience Center at the University of Jyväskylä.
Si frotamos la cuerda de un violín, pulsamos la de una guitarra o soplamos de la manera correcta en la boquilla de una flauta o una trompeta conseguiremos también hacer vibrar el aire. Esa vibración una vez más se transmitirá a las moléculas del aire circundante hasta desvanecerse. También cuando damos palmas o un golpe provocamos una vibración, solo que mucho más breve. Este comportamiento por supuesto no es exclusivo del sonido, cualquier onda lo comparte, aunque aquello que vibra puede ser muy diferente. Si dejamos caer una piedra sobre la superficie de un cuerpo de agua, un lago o un estanque por ejemplo, la perturbación provocada por la piedra se trasladará al agua circundante, extendiéndose por su superficie hasta que no haya suficiente energía para hacer vibrar la siguiente gotita ni la siguiente molécula.
Resulta evidente que sin agua no podrá transmitirse esa onda. De la misma forma no se transmitirá el sonido si no hay un medio material capaz de vibrar y transmitirlo. Lo que llamamos espacio puede tener aspectos y características muy diferentes aunque en general es un lugar con una bajísima densidad de partículas. Aunque el vacío no está ni real ni completamente vacío, contiene tan pocas partículas que una cualquiera no será capaz de hacer vibrar a la siguiente más cercana y, como consecuencia, no podrá transmitir el sonido. De ahí la frasecita tan memorable de la promoción de la película “Alien”.
La luz también puede entenderse como una onda, aunque en su caso lo que vibra no es un medio material sino más bien el campo electromagnético. Durante siglos generaciones de científicos y pensadores teorizaron sobre una sustancia llamada éter, la que debía ser el medio material que propagara la luz. Isaac Newton pensó sobre ella a finales del siglo XVII, pero no fue hasta dos siglos más tarde que obtuvimos pruebas concluyentes de que no existía. La luz puede propagarse en el vacío, el sonido no. O eso pensábamos hasta ahora.
Dos investigadores del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä en Finlandia han demostrado que, en ciertas circunstancias el sonido puede transmitirse, y mucho, a través del vacío. En su artículo muestran cómo una onda sonora es capaz de saltar completamente a través de un hueco entre dos materiales sólidos en el que solo hay vacío si éstos son piezoeléctricos. Este tipo de materiales presentan una estructura cristalina sin un centro de simetría y al someterlos a ciertas presiones mecánicas pueden adquirir una cierta diferencia de potencial entre sus diferentes extremos, llegando a acumularse cargas eléctricas en su superficie. Este proceso puede ocurrir al contrario también. Al aplicarles una diferencia de potencial o someterlos a un campo eléctrico se observan deformaciones y vibraciones en su estructura.
Por tanto en estos materiales las vibraciones de los átomos provocadas por las ondas sonoras producen una respuesta eléctrica. El campo eléctrico producido podrá viajar más allá del material, incluso a través del vacío y provocar una respuesta mecánica en otro material. La principal restricción está en que el hueco entre las dos piezas deberá ser menor a la longitud de onda de la onda sonora. Si esta onda fuera luz y se transmitiera a la velocidad de la luz, esta limitación sería muy restrictiva. Al ser una onda sonora y su velocidad de propagación mucho menor, las longitudes de ondas implicadas serán en general más grandes.
Las longitudes de onda de la luz visible corresponden a unos cientos de nanómetros mientras que las longitudes de onda del sonido audible, en aire, abarcan un rango entre unos pocos milímetros y alrededor de 15 metros. En un material sólido estas longitudes serán menores pero no prohibitivamente menores. Aunque en general la transmisión no es muy eficiente, puede configurarse el sistema para alcanzar transmisiones próximas al 100 % de la energía. Las aplicaciones de este descubrimiento sin duda no tardarán en llegar a nuestra tecnología.
Por supuesto la frasecilla de “Alien” sigue siendo cierta y en el espacio seguirán sin poder oír tus gritos. Este descubrimiento es, de momento, útil en un conjunto muy limitado de casos y para un tipo de material concreto. Aún así, siempre es interesante cualquier descubrimiento que desafíe el conocimiento más asentado en ciencia.
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Referencias:
Zhuoran Geng, Ilari J. Maasilta. Complete tunneling of acoustic waves between piezoelectric crystals. Communications Physics, 2023; 6 (1) DOI: 10.1038/s42005-023-01293-y
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Fuente:
