音速上限值是多少？

2020-10-12 科技工作者


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。聲波在不同介質中的傳播速度是不同的，它在固體中要比在液體或氣體中「跑」得更快。

愛因斯坦的狹義相對論規定了光波傳播的速度上限為300000千米/秒，然而，科學家們一直不清楚聲波在固體或液體中傳播時，是否也存在速度上限。

在這項新研究中，科學家還發現聲速的上限取決於兩個基本常數：精細結構常數和質子-電子質量比。

這兩個常數對於人類理解宇宙有重要作用。它們的值控制著質子衰變、恆星中的核合成等核反應，而且兩個數字間的平衡構建了一處狹窄的「宜居地帶」——在此處，恆星和行星得以形成，支持生命的分子結構也悄然現身。

此次研究發現表明，這兩個基本常數也可以限制特定材料屬性（如聲速）的數值，從而影響其他科學領域（如材料科學和凝聚態物理學）。

科學家們預測：聲速會隨著原子質量的增大而降低（這也意味著聲音在固體氫原子中的傳播速度是最快的）。固體氫原子是一種只能在高於100萬大氣壓下存在的原子固體。

在這樣的壓力條件下，氫變成了一種「迷人」的金屬固體材料，會像銅一樣導電，而且有可能是一種室溫超導體。

為驗證這一理論，研究人員利用不同材料進行測試，經過最先進的量子力學計算，他們發現固體氫原子中的聲速接近理論預測極限值。

劍橋大學材料科學教授Chris Pickard說：「了解聲波在固體中的傳播對許多科學領域的研究都具有重要作用。例如，地震學家能夠通過地球內部深處的地震引發的聲波了解地震本質和地球組成成分。材料科學家對聲波也很感興趣，因為聲波與彈性特徵有關。」

編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《科學進展》

期刊編號：2375-2548

原文連結：https://phys.org/news/2020-10-scientists-upper-limit.html

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