科學家發現了聲音的最快傳播速度為36 km / s

2020-10-17 腦補給冷知識


從理論上講,通過金屬氫材料傳播的聲音(在理論上存在)的速度是最快的,接近36 km / s。

自從1905年愛因斯坦提出狹義相對論以來,無論是電磁波還是重力波,真空中任何波的速度都是有限的。然而,科學家剛剛計算出了聲音在固體或液體中傳播時的最快速度:我們得出的數字為36 km / s,比真空中的光速慢了大約8000倍。


為了得到這個結果,物理學家科斯蒂亞·特拉琴科(Kostya Trachenko)和他的同事們使用了兩個著名的物理常數:質子質量與電子質量的比值,他們發現這兩個基本常數決定了聲音的最快傳播速度。

特拉琴科認為,科學有相當堅實的基礎來相信這些常數的準確性,因為如果它們稍微移動一點,宇宙將與現在大不相同。特拉琴科教授說:「如果常數隻相差幾個百分點,質子就會失去穩定性,也許恆星的重元素合成過程就會消失,所以我們就沒有碳,也不會有生命的存在。」

聲波是通過與粒子相互作用而在物質中傳播的波,聲速取決於物質的質量(密度),即組成物質的原子如何緊密地相互作用。


特拉琴科等人利用這一事實和質子電子質量比,即微妙的結構常數來計算聲音在液體或固體中傳播時的最快速度:理論上,聲音可以以36 km / s的最快速度傳播。

特拉琴科教授說:「我們仍然知道鑽石會提供最快的聲音傳播速度,因為它是最堅硬的材料,但我們不知道理論上是否有速度限制,」研究小組計算出的聲音最快傳播速度幾乎是在鑽石中傳播速度的兩倍。


聲速還取決於物質中原子的質量,因此研究人員預測,金屬固體氫(一種理論上存在的物質),可能存在於巨大行星的核心——是傳播聲音最快的材料。根據計算,聲音在金屬中的傳播速度將接近極限。在測試的133種材料中,沒有一種能以超過36 km / s的速度傳播聲音。

然而,在愛丁堡大學工作的格雷姆·阿克蘭(Graeme Ackland)教授認為,特拉琴科和他的同事的計算並沒有計算出聲音的最快速度。阿克蘭提出了相反的觀點:你可以用基本的常量來計算速度,但沒有理由說速度是有限的,我不相信。

阿克蘭教授認為,需要更多的測試來觀察聲音在較重元素中移動的速度。

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