ONGEZA SAUTI, NA NYOTA HUZUNGUKA KINYUME

Sauti inaweza kuinua vitu. Kati ya honi inayotetemeka na kiakisi, wimbi simama (standing wave) lenye nguvu la sauti ya juu huunda mahali ambapo vitu vidogo — matone, tabaka nyembamba, chembe — huelea hewani bila kugusa chochote. Mbinu hii inaendelezwa kwa uchambuzi wa kemikali na dawa na kwa kuunganisha miundo midogo.

Ina kasoro moja ngumu: vitu vinavyoelea mara nyingi huanza kuzunguka vyenyewe. Maelezo yapo kwa visa maalum, lakini hakuna kanuni ya jumla iliyoeleza ni lini kitu kitazunguka, kwa upande gani, au kwa kasi gani.

Nyota zenye mikono iliyopinda

Sue Shi, Scott Waitukaitis na wenzao katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Austria (ISTA) walijenga kifaa cha kuelea kwa sauti (levitator) kinachofanya kazi karibu kilohezi 51, chenye kiakisi cha yakuti (sapphire) juu ya gimbali sahihi ili uga wa sauti uweze kupangwa kwa umakini mkubwa. Walichapisha kwa 3D chembe zinazong’aa (fluorescent) zenye unene wa mikromita 200, kila moja ikitoshea ndani ya duara la milimita 1, na wakazirekodi kutoka chini kwa fremu 3,000 kwa sekunde.

Matokeo ya kwanza yanahusu ulinganifu. Katika uga uliopangwa vizuri, pembetatu, miraba, pembetano na nyota zenye mikono iliyonyooka — maumbo yanayoonekana sawa kwenye kioo — hayazunguki kamwe. “Nyota kairali” (chiral stars), ambazo mikono yake yote imepinda upande mmoja, huanza kuzunguka mara tu zinapoelea, zikifikia kasi thabiti ndani ya milisekunde mia chache. Mpindo huamua mwelekeo; geuza nyota juu chini nayo huzunguka upande mwingine. Kuinamisha kiakisi kwa makusudi hufanya hata mraba uzunguke: mzunguko wa hiari unahitaji ulinganifu uliovunjika, katika kitu au katika uga wa sauti.

Mikono zaidi, tabia ya ajabu zaidi

Hisia za kawaida husema mikono zaidi hunasa sauti zaidi, na sauti kubwa zaidi husukuma kwa nguvu zaidi. Vipimo, kwenye nakala tatu karibu zinazofanana za kila nyota, vinasema vinginevyo.

Mikono 3 na 5: huzunguka kwa kasi zaidi na zaidi kadiri volti kwenye transdusa inavyopanda — na pamoja nayo shinikizo la sauti.
Mikono 7: kasi ya juu zaidi karibu na volti 12–13, kisha hupunguza kasi.
Mikono 10: kasi ya juu zaidi karibu na volti 7–8, kisha hupunguza kasi, husimama, na huzunguka upande mwingine.
Mikono 12: mfuatano uleule, mapema zaidi — kilele kwenye volti 7, kugeuka karibu na volti 10.

Nyota zenye kasi zaidi hufikia hadi takriban mizunguko 50 kwa sekunde.

Mapishi ya vipengele viwili

Kuyaeleza haya, timu ilisawazisha msokoto unaoendesha — msukumo wa kuzungusha unaotolewa na sauti — dhidi ya msuguano wa hewa. Vyote viwili vimeandikwa kama vipeo rahisi vya mpwito (amplitude) wa sauti: msokoto una kipengele kikuu pamoja na marekebisho yanayokua kwa kasi zaidi, na msuguano hupanda pamoja na mpwito. Msuguano haukukisiwa: ulipimwa kwa kutazama jinsi kila nyota inavyotulia haraka baada ya mabadiliko ya ghafla ya volti: uwanda wa sauti hufikia thamani yake mpya ndani ya takriban milisekunde kumi, lakini nyota huchukua takriban milisekunde 183 kurejesha mwendo wake (nyota yenye mikono 12 ikitoka volti 7 hadi 8) — ucheleweshaji huo unatoka tu katika mvuto wa hewa — na ulikokotolewa kwenye mpwito sifuri kutokana na umbo la nyota. Hilo linaacha namba mbili huru tu kwa kila umbo, na mkunjo unaotokana unalingana na kila nyota, kutoka kuongeza kasi kwa utulivu hadi kugeuka kabisa.

Ulinganishaji huo unasimulia hadithi thabiti. Mikono zaidi hutoa msukumo wenye nguvu zaidi katika sauti ndogo, kwa hiyo nyota zenye mikono mingi huanza kwa kasi zaidi. Lakini pia huleta mchango kinzani unaokua unaoshinda katika sauti kubwa — na unaposhinda, nyota hugeuka. Volti ya kugeuka inafuata fomula rahisi, V* = 1/√(−α), ambapo α huwa hasi mara tu marekebisho yanapopinga msukumo: kadiri thamani yake kamili inavyokuwa kubwa, ndivyo kugeuka kunakuja mapema.

Nyota iliyobuniwa kubadilisha mwelekeo

Mtihani halisi ulikuwa utabiri. Timu ilibuni nyota chotara: nusu moja ikichukuliwa kutoka kwa nyota yenye mikono 4 inayopinda kwa mwelekeo wa saa, nyingine kutoka kwa nyota yenye mikono 10 inayopinda upande kinyume. Kujumlisha mikunjo iliyotabiriwa ya nusu hizo mbili kulitoa utabiri: kinyume cha mwelekeo wa saa katika sauti ndogo, ambapo nusu ya mikono 10 inatawala; mwelekeo wa saa katika sauti kubwa. Nyota chotara iliyochapishwa ilifanya hivyo hasa — kinyume cha mwelekeo wa saa kwenye volti 7, imetulia kwenye volti 9, mwelekeo wa saa kwenye volti 11 — ikigeuka kwenye volti iliyotabiriwa.

Nguvu ambayo hakuna aliyeiagiza

Modeli inaeleza msukumo kinzani lakini haisemi unatoka wapi. Waandishi wanaonyesha kwamba hauwezi kutoka katika nadharia ya kawaida ya nguvu za sauti, ambamo kila athari hukua pamoja na mraba wa shinikizo la sauti: michango yote hiyo ingebaki katika uwiano uleule sauti inapozidi kuwa kubwa, na mwelekeo wa mzunguko hauwezi kugeuka kamwe. Kuna kitu cha ngazi ya juu zaidi kinachofanya kazi, na kinazidi kuwa na nguvu kadiri mikono jirani inavyokaribiana — labda muunganiko kati ya mikono iliyo jirani kupitia sauti na hewa. Kupima au kuiga mtiririko unaozunguka nyota inayozunguka ndiyo hatua inayofuata. Wakati huo huo, umbo la chembe limekuwa njia ya kupanga jinsi inavyozunguka.