Екип от изследователи е в състояние да определи горна граница на скоростта, която звуковите вълни могат да достигнат
@josemnieves Актуализирано: 10/09/2020 18: 55ч
Свързани новини
Обикновено казваме, че скоростта на звука е малко повече от 340 метра в секунда и че скоростта на светлината, много по-бърза, достига почти 300 000 км в секунда. въпреки това, както в един случай, така и в друг, това не винаги е така. Както светлината, така и звукът се състоят от вълни и скоростта, с която се предават тези вълни, варира в зависимост от средата, в която се разпространяват. Например във вакуум светлината наистина ще се движи с 300 000 км в секунда, но във вода ще бъде по-бавна. И същото се случва със звуковите вълни.
Сега екип от изследователи от университетите Queen Mary в Лондон и Кеймбридж, заедно
на учени от Института по физика на високо налягане в Троицк, току-що сте открили каква е максималната възможна скорост на звука. И се оказва, че е десетки пъти по-висок от вече познатите 340 метра в секунда. Всъщност звуковата вълна може да се движи много по-бързо, до 36 км в секунда, стига да са подходящи условията.
Резултатът се умножава по два предходния „запис“ за скоростта на звука в диаманта, най-твърдия материал, познат в нашия свят. Творбата току-що е публикувана в Science Advances, но с нея можете да се консултирате тук .
По-бързо върху твърдите вещества
Вълните, като звук или светлина, са смущения, които преместват енергията от едно място на друго. И те могат да пътуват през различни среди, като въздух или вода, движейки се с различна скорост, в зависимост от това през какво преминават. Какво още, вълните се движат много по-бързо, когато пътуват през твърди тела отколкото биха го направили чрез течности или газове. Това е причината например, че можем да чуем приближаващ се влак много по-рано, ако залепим ушите си до релсите, отколкото ако изчакаме звукът му да стигне до нас по въздуха.
Теорията на Айнщайн за специалната относителност определя абсолютната граница на скоростта, при която вълната може да се движи, която е скоростта на светлината, на почти 300 000 км в секунда. Досега обаче не беше известно дали звуковите вълни също имат горна граница на скоростта.
В своето проучване изследователите показват това максималната възможна скорост на звука зависи от две основни константи: фината структура и съотношението на масата между протона и електрона. И двете величини играят важна роля за разбирането на нашата Вселена. Неговите стойности всъщност управляват ядрените реакции като разпадането на протони или ядрения синтез в звездите. А балансът между двете числа осигурява тясна „обитаема зона“, където планетите и звездите успяват да се образуват и могат да се появят молекулярни структури, които поддържат живота.
Новите открития обаче предполагат, че тези две основни константи могат да повлияят и на други научни области, като например материалознанието или физиката на кондензираната материя, като определят ограничения на специфични свойства на материалите, какъвто е случаят със скоростта на звука.
Проверка на идея
Първо изследователите са получили теоретично предсказание и след това са го тествали върху широк спектър от материали, за да видят дали тяхната идея, че скоростта на звука трябва да намалява с намаляването на масата на атомите. Прогнозата предполага, че звукът достига своята скорост, когато преминава през твърд атомен водород. Което е проблем, тъй като водородът се втвърдява само при огромно налягане (над един милион атмосфери), налягане, сравнимо с това, което съществува в ядрата на газовите гиганти като Юпитер.
В действителност при този натиск, водородът се превръща в очарователно метално твърдо вещество който провежда електричество като мед и който при стайна температура може да се превърне в свръхпроводник. Следователно изследователите трябваше да извършват сложни квантово-механични изчисления, за да тестват своята прогноза. И те откриха, че наистина скоростта на звука в твърдия атомен водород е много близка до теоретичната основна граница.
Според Крис Пикърд, професор по материалознание в университета в Кеймбридж и един от авторите на изследването, „Звуковите вълни в твърдо вещество вече са много важни в много научни области. Например, сеизмолозите използват звукови вълни, инициирани от земетресения дълбоко в Земята за да разберем същността на сеизмичните събития и свойствата на състава на планетата. Те представляват интерес и за учените по материали, тъй като звуковите вълни са свързани с важни еластични свойства, включително способността да се противопоставят на „стреса“.
Костя Траченко, от своя страна, първи подписал работата, уверява, че «ние вярваме, че констатациите от това изследване могат да имат повече научни приложения, като ни помагат да открием и разберем границите на различни свойства като вискозитет или топлопроводимост, свързани с свръхпроводимост на високи температури, плазма, която кварк-глюони и дори физика на черни дупки ».