科學家提出音速上限是每秒36公裡,在固體氫中傳播才會出現

2020-12-05 澎湃新聞

科學家提出音速上限是每秒36公裡，在固體氫中傳播才會出現

澎湃新聞記者 虞涵棋

2020-10-11 07:46 來源：澎湃新聞

中學物理告訴我們，音速並不是一個確定的數值，因不同的介質和條件而變化。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/s。而在固體中，聲音的傳播速度就要遠大於空氣中和液體中。

例如，鐵棒中的音速在20℃條件下可達到約5130m/s。這就是為什麼一列火車從遠處駛來，我們會先聽到鐵軌的震動聲，然後再聽到火車的鳴笛聲。

通常來說，聲音在固體中的傳播速度又與介質的剛度和密度相關。可以說，材料越「硬」，音速往往會越快。

那麼，音速最快可以達到多少呢？10月9日發表在《科學-進展》（Science Advances）上的一篇論文給出的數字是36100m/s。這比最硬的天然物質——金剛石中的音速將近快上一倍！

聲波本質上是一種能量在介質中的傳輸形式。愛因斯坦的狹義相對論給波的傳播設定了絕對的速度極限，即真空光速，約為每秒30萬公裡。然而，科學家們此前並不知道聲波在固體中傳播時是否也有一個速度上限。

來自英國倫敦瑪麗女王大學、劍橋大學等研究機構的科學家們在論文中指出，音速的上限取決於兩個無量綱基本常數：精細結構常數與質子電子質量比。

所謂無量綱數，是一個單純的數字，沒有諸如長度、時間等單位。我們比較熟悉的無量綱數包括圓周率π、自然常數e等。精細結構常數α就是這樣一個無量綱數，指的是電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空光速的比值。質子電子質量比更為直觀，即質子和電子的質量比值。

這兩個無量綱數精細地控制著恆星內部的核合成、重元素起源和質子衰變等過程，兩個數字共同決定了恆星和行星只能在一個狹窄的範圍內形成可以支持生命活動的分子結構。而在論文中，作者們提出了一個新的視角：這兩個數字同樣影響著材料科學和凝聚態物理。將兩者結合可以得出一個新的無量綱數：凝聚相中的音速與真空光速的比值。

從而，他們對凝聚相中的音速提出了上限，計算結果約為36100m/s。

那麼，我們到底在什麼樣的凝聚態材料上才可以找到這種極限音速呢？科學家們在一系列材料上進行了實驗和計算，進一步提出了更為具體的預測：音速會隨著材料原子質量的增加而變慢。這意味著，極限音速會出現在質量最小的原子——氫原子中。

不過，我們熟悉的氫原子都是以氫氣的形態出現的，要把它們「壓」成固體，起碼需要250Gpa，超過100萬倍大氣壓。在如此的高壓下，氫變身為一種金屬固體導電體，就像銅一樣。科學家們還預言，它會是一種室溫超導體。

用量子力學理論進行計算模擬後，研究人員發現固體氫中的音速確實接近前面提出的上限。

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關鍵詞 >> 音速,凝聚態物理,聲波

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    中學物理告訴我們，音速並不是一個確定的數值，因不同的介質和條件而變化。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/s。而在固體中，聲音的傳播速度就要遠大於空氣中和液體中。例如，鐵棒中的音速在20℃條件下可達到約5130m/s。這就是為什麼一列火車從遠處駛來，我們會先聽到鐵軌的震動聲，然後再聽到火車的鳴笛聲。
  • 科學家發現音速上限
    倫敦瑪麗女王大學、劍橋大學和特羅伊茨克高壓物理研究所之間的一項研究合作發現了音速可能達到的最快速度--大約每秒36公裡，大約是鑽石中音速的兩倍，而鑽石是世界上已知的最硬的材料。愛因斯坦的狹義相對論設定了波可以傳播的絕對速度限制，即光速，約等於每秒30萬公裡。然而，到目前為止，還不知道聲波在固體或液體中傳播時是否也有速度上限。
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  • 36公裡每秒
    空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/s。而在固體中，聲音的傳播速度就要遠大於空氣中和液體中。例如，鐵棒中的音速在20℃條件下可達到約5130m/s。愛因斯坦的狹義相對論給波的傳播設定了絕對的速度極限，即真空光速，約為每秒30萬公裡。然而，科學家們此前並不知道聲波在固體中傳播時是否也有一個速度上限。
  • 36公裡每秒!!
    通常來說，聲音在固體中的傳播速度又與介質的剛度和密度相關。可以說，材料越「硬」，音速往往會越快。那麼，音速最快可以達到多少呢？這比最硬的天然物質——金剛石中的音速將近快上一倍！聲波本質上是一種能量在介質中的傳輸形式。愛因斯坦的狹義相對論給波的傳播設定了絕對的速度極限，即真空光速，約為每秒30萬公裡。然而，科學家們此前並不知道聲波在固體中傳播時是否也有一個速度上限。
  • 科學家發現音速的極限
    每秒36千米。NASA / ESA英國倫敦大學瑪麗女王學院、劍橋大學和俄羅斯特羅伊茨克高壓物理研究所通過合作研究發現，每秒36千米可能是音速的極限。這一速度是聲音在鑽石中傳播速度的2倍。根據愛因斯坦的狹義相對論，宇宙中一切物體的運動速度都無法超過光在真空中的傳播速度，亦即大約每秒30萬千米。但是聲音在固體或液體中的傳播速度是否有極限仍是個未知數。
  • 光速最快可以達到每秒30萬公裡，那麼音速呢？它有上限嗎？
    機械波必須依賴介質進行傳播，而電磁波則不喜歡介質來阻礙自己前進。我們可以粗略地理解為：隨著介質剛性的增加，電磁波傳播越困難，而機械波則更容易傳播。真空就是電磁波速度的極限環境，因為我們可以說真空的剛性是0，不可能更小了。而音速則不同，我們可以知道它的速度下限，那就是真空中的0。我們也知道它在空氣中（15℃）的傳播速度，一般取340米每秒。
  • 每秒36公裡!科學家時隔312年終於發現了聲速的上限
    近期發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上的研究稱，聲波在介質中傳播速度的上限是每秒36公裡。人們可能從生活中已經體驗到，聲波在固體內傳播的速度比在液體或氣體內快得多。這份研究發現，介質材料的原子質量越大，聲波傳播的速度越小。所以這個研究組推測聲波在固態氫內部傳播的速度將是最快的，並計算得到這個結果。這個速度是聲波在地球上最堅硬的固體——鑽石內傳播速度的兩倍。
  • 每秒36公裡！科學家時隔312年終於發現了聲速的上限
    近期發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上的研究稱，聲波在介質中傳播速度的上限是每秒36公裡。人們可能從生活中已經體驗到，聲波在固體內傳播的速度比在液體或氣體內快得多。這就是為什麼人們匍匐在鐵軌上，可以先聽到遠方火車到來的聲音，而從空氣中傳來的聲音晚到很多。這份研究發現，介質材料的原子質量越大，聲波傳播的速度越小。所以這個研究組推測聲波在固態氫內部傳播的速度將是最快的，並計算得到這個結果。這個速度是聲波在地球上最堅硬的固體——鑽石內傳播速度的兩倍。
  • 科學家發現音速的上限
    倫敦瑪麗皇后大學和劍橋大學等的研究人員發現了音速的上限：每秒 36 千米。聲波能在不同介質中傳播，根據介質的性質而有著不同的傳輸速度，在固體中傳輸的速度要遠快於液體或氣體。愛因斯坦狹義相對論對速度設定了一個絕對上限：即光速每秒約 30 萬千米。在這之前還不知道聲波是否有速度上限。
  • 最新發現聲速的上限
    眾所周知，物質運動最快的速度是光速：約30萬公裡每秒。而聲速的上限一直無法確認。/s ，空氣（25℃）346m/s ；在水中的傳播速度：蒸餾bai水（25℃）1497m/s ，海水（25℃）1531m/s；在一些常見固體中的傳播速度：銅（棒） 3750m/s ， 鋁（棒） 5000m/s ，鐵5200m/s。
  • 量子力學方法計算出聲速上限——每秒36公裡
    近期發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上的研究稱，聲波在介質中傳播速度的上限是每秒36公裡。這份研究發現，介質材料的原子質量越大，聲波傳播的速度越小。所以這個研究組推測聲波在固態氫內部傳播的速度將是最快的，並計算得到這個結果。這個速度是聲波在地球上最堅硬的固體——鑽石內傳播速度的兩倍。
  • 西媒:最大速度每秒36公裡
    參考消息網10月9日報導西媒稱，一項研究結果顯示，只要條件合適，聲波的傳播速度最高可達每秒36公裡。 據西班牙《阿貝賽報》網站10月8日報導，我們一般說，音速約為每秒340米，而光速要快得多，達到每秒約30萬公裡。
  • 西媒：最大速度每秒36公裡
    西媒稱，一項研究結果顯示，只要條件合適，聲波的傳播速度最高可達每秒36公裡。據西班牙《阿貝賽報》網站10月8日報導，我們一般說，音速約為每秒340米，而光速要快得多，達到每秒約30萬公裡。但是，這兩種速度並非總是如此。光和聲音都是由波組成的，這些波的傳播速度會根據介質的不同而發生變化。
  • 研究表明:最大速度每秒36公裡
    參考消息網10月9日報導 西媒稱，一項研究結果顯示，只要條件合適，聲波的傳播速度最高可達每秒36公裡。據西班牙《阿貝賽報》網站10月8日報導，我們一般說，音速約為每秒340米，而光速要快得多，達到每秒約30萬公裡。但是，這兩種速度並非總是如此。光和聲音都是由波組成的，這些波的傳播速度會根據介質的不同而發生變化。
  • 宇宙中音速的上限是多少？
    眾所周知，空氣中的聲音傳播速度約為每秒340米。但是你知道宇宙中最大可能的聲速是多少嗎？物理科學家在一項最新科學研究中給出了答案。來自英國和俄羅斯的研究人員在《Science Advances》上發表了論文並計算了聲音的最大速度，結果表明，音速是可以達到地球上測得的最大速度的兩倍。聲音是由介質中的振動產生的機械波，當聲波傳播時，粒子相互碰撞，並在傳播時攜帶能量。
  • 聲音的傳播需要介質，而在所有介質中絕對最高音速是多少呢？
    但是，聲音的傳播需要介質，而在所有介質中絕對最高音速是多少呢？測量每種材料中的聲速是不現實的，但是科學家現在設法根據自然定律中的基本常數為聲音的傳播確定了速度上限。根據計算，聲音在所有介質中的最高速度不能超過每秒36公裡，大約是鑽石中傳播速度的兩倍。聲音和光都以波的形式傳播，但行為略有不同。
  • 音速上限值是多少？
    音速上限值是多少？大約36千米/秒。《科學進展》雜誌當地時間10月9日發文稱，英國倫敦大學瑪麗皇后學院、劍橋大學、日本東北大學和俄羅斯高壓物理研究所的科學家們發現：音速的上限值為36千米/秒左右。這大約是聲音在鑽石中傳播速度的兩倍。不論是聲波還是光波，都是能量在不同區域間轉移造成的幹擾。
  • 科學家們發現了「最快的聲音的速度」
    科學家說，他們發現了最快的聲音速度。 研究人員發現，聲波在固體原子氫中以每秒36公裡的速度傳播。 這大約是他們穿越鑽石的速度的兩倍，鑽石是世界上已知最堅硬的材料。
  • 音速的極限找到了:空氣中的106倍
    大家都知道，真空中的光速約為30萬千米/秒，這也是任何波傳播的速度上限，但是你知道音速(聲速)最快是多少嗎？你可能會脫口而出340米/秒，不過這只是音波在空氣中的傳播速度，到了液體或固體中會快得多，比如水中約為1450米/秒，鋁中可達5100米/秒，花崗石中能到6000米/秒。