科学家发现音速上限

2020-10-11 16:28:37

伦敦玛丽女王大学、剑桥大学和特罗伊茨克高压物理研究所之间的一项研究合作发现了尽可能快的音速。结果-大约每秒36公里-大约是钻石的两倍,In钻石是世界上已知的最硬的材料。

波,如或,是将能量从一个地方移动到另一个地方的扰动。声波可以在不同的介质中传播,如空气或水,其传播速度也因传播的方式不同而有所不同。例如,它们在固体中的移动速度比在液体或气体中的移动速度快得多,这就是为什么如果你听到的是在轨道中传播的声音,而不是空气中传播的声音,你就能听到接近的火车的声音要快得多。

爱因斯坦的狭义相对论设定了波可以传播的绝对速度极限,即光速,约等于每秒30万公里。然而,到目前为止,人们还不知道在固体或液体中行驶时是否也有上限速度。

发表在《科学进展》杂志上的这项研究表明,预测音速上限取决于两个无量纲的基本常数:精细结构常数和质子电子质量比。

这两个数字已经被认为在理解我们的宇宙中扮演着重要的角色。它们微调的值支配着恒星中的质子衰变和核合成,这两个数字之间的平衡提供了一个狭窄的宜居地带,恒星和行星可以在这里形成,维持生命的分子结构可以出现。然而,新的发现表明,这两个基本常数也可以通过限制特定的材料属性(如声速)来影响其他科学领域,如物理和凝聚态物理。

科学家们在广泛的材料上测试了他们的理论,并提出了他们理论中的一个具体预测,即声速应该随着原子的质量而降低。这一预测意味着声音在固体原子氢中是最快的。然而,氢是一种原子固体,只有在100万大气压以上,压力可与木星等气体巨星核心的压力相媲美。在这些压力下,氢变成一种迷人的金属固体导电物质,就像铜一样,并被预测为室温超导体。因此,研究人员进行了最先进的量子力学计算来验证这一预测,发现固体原子氢中的声音接近理论基本极限。

剑桥大学材料科学教授克里斯·皮卡德(Chris Pickard)说:固体中的声波在许多科学领域已经非常重要。例如,地震学家使用地球内部深处地震引发的声波来了解地震事件的性质和地球组成的特性。它们也引起了材料科学家的兴趣,因为声波与重要的弹性特性有关,包括抵抗压力的能力。更多信息:根据基本物理常数得出的声速科学进展(2020)。Advances.Science encemag.org/Lookup…。.1126/sorAdv.abc8662