горната

Кредит: CC0 Public Domain

Изследователско сътрудничество между Лондонския университет на Кралица Мери, Университета в Кеймбридж и Института за физика на високо налягане в Троицк откри възможно най-бързата скорост на звука.

Резултатът, около 36 км в секунда, е приблизително два пъти по-бърз от скоростта на звука в диаманта, най-твърдия познат материал в света.

Вълните, като звукови или светлинни вълни, са смущения, които преместват енергията от едно място на друго. Звуковите вълни могат да се движат през различни среди, като въздух или вода, и те се движат с различна скорост в зависимост от това през какво преминават. Например, те се движат през твърди частици много по-бързо, отколкото през течности или газове, така че можете да чуете влак да се приближава много по-бързо, ако слушате звука, който се движи по влаковите релси, вместо да го правите по въздуха.

Теорията на Айнщайн за специалната относителност установява абсолютната граница на скоростта, с която вълната може да се движи, която е скоростта на светлината и е равна на около 300 000 км в секунда. Досега обаче не беше известно дали звуковите вълни имат и горна граница на скоростта при пътуване през твърди вещества или течности.

Изследването, публикувано в списанието Научен напредък, показва, че прогнозирането на горната граница на скоростта на звука зависи от две безразмерни основни константи: константата на фината структура и съотношението маса на протон-електрон.

Вече е известно, че тези две числа играят важна роля в разбирането на нашата Вселена. Неговите фино настроени стойности управляват ядрените реакции като разпадане на протони и ядрен синтез в звездите, а балансът между двете числа осигурява тясна „обитаема зона“, където звездите и планетите могат да се образуват и 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 и физиката на кондензираната материя, като определят ограничения на специфични свойства на материалите, като скоростта на звука.

Учените тестваха теоретичното си предсказание върху широк спектър от материали и се справиха със специфично предсказание от тяхната теория, че скоростта на звука трябва да намалява с масата на атома. Това предсказване предполага, че звукът е най-бърз в твърдия атомен водород. Водородът обаче е атомно твърдо вещество само при много високо налягане над 1 милион атмосфери, налягане, сравнимо с това на ядрата на газови гиганти като Юпитер. При тези налягания водородът се превръща в очарователно метално твърдо вещество, което провежда електричество като мед и се очаква да бъде свръхпроводник при стайна температура. Следователно изследователите извършиха съвременни квантово-механични изчисления, за да проверят това предсказание и установиха, че скоростта на звука в твърдия атомен водород е близка до теоретичната основна граница.

Професор Крис Пикард, професор по материалознание в университета в Кеймбридж, каза: „Звуковите вълни в твърдо вещество вече са много важни в много научни области. Например сеизмолозите използват звукови вълни, инициирани от земетресения дълбоко във вътрешността на Земята, за да разберат същността на сеизмичните събития и свойствата на земния състав. 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. ".