Ученые обнаружили максимально возможную скорость звука - 22 мили (36 километров) в секунду.

Звуковые волны движутся с разной скоростью в твердых телах, жидкостях и газах, а также в этих состояниях материи - например, в более теплых жидкостях они распространяются быстрее, чем в более холодных. Физик Костя Траченко из Лондонского университета Королевы Марии и его коллеги хотели выяснить верхний предел скорости распространения звука.

Это упражнение было в основном теоретическим: исследователи обнаружили, что ответ, который примерно в два раза быстрее, чем звук проходит через твердый алмаз, зависит от некоторых фундаментальных чисел во Вселенной. Первый - это постоянная тонкой структуры, которая представляет собой число, которое описывает электромагнитную силу, которая удерживает вместе элементарные частицы, такие как электроны и протоны. (Это примерно 1/137.) Второй - отношение массы протона к электрону в материале, которое, как это звучит, является отношением массы протонов к массе электронов в атомной структуре материала. .

Невозможно проверить эту теоретическую максимальную скорость в реальном мире, потому что математика предсказывает, что звук движется с максимальной скоростью в атомах с наименьшей массой. Атом с наименьшей массой - это водород, но водород не является твердым - если только он не находится под сверхмассивным давлением, которое в миллион раз превышает давление атмосферы Земли. Это может произойти в центре такого газового гиганта, как Юпитер, но этого не происходит где-либо поблизости, где возможны научные исследования.

Поэтому вместо этого Траченко и его коллеги обратились к квантовой механике и математике, чтобы вычислить, что произойдет со звуком, проникающим через твердый атом водорода. Они обнаружили, что звук может распространяться близко к теоретическому пределу в 127 460 км / ч (79 200 миль в час), что подтвердило их первоначальные расчеты. Для сравнения, скорость звука в воздухе составляет примерно 767 миль в час (1235 км / ч).

Движение звука в таких экстремальных и специфических условиях может показаться несущественным, но поскольку звуковые волны представляют собой перемещающиеся колебания молекул, скорость звука связана со многими другими свойствами материалов, такими как способность противостоять стрессу, соавтор исследования Крис. Пикард, материаловед из Кембриджского университета, сказано в заявлении. Таким образом, понимание основ звука может помочь пролить свет на другие фундаментальные свойства материалов в экстремальных условиях, добавил Траченко в своем заявлении.

Например, предыдущие исследования показали, что твердый атомарный водород может быть сверхпроводником. Поэтому знание его фундаментальных свойств может быть важно для будущих исследований сверхпроводимости. Звук также может рассказать больше о горячей смеси кварков и глюонов, из которых состоит Вселенная через мгновение после Большого взрыва, и может быть применен к странной физике вокруг гравитационных ям, которые являются черными дырами. (Другие исследователи изучали «звуковые черные дыры», чтобы получить представление об этих космических объектах.)

«Мы считаем, что результаты этого исследования могут найти дальнейшее научное применение, помогая нам найти и понять пределы различных свойств, таких как вязкость и теплопроводность, которые имеют отношение к высокотемпературной сверхпроводимости, кварк-глюонной плазме и даже физике черных дыр. \"Сказал Траченко.

Исследователи сообщили о своих выводах 9 октября в журнале. Достижения науки.

Источник

Физики измеряют максимально возможную скорость звука