音速竟然還有上限?新研究預測聲波極限速度大約每秒36公裡

2020-12-05 前瞻網

音速竟然還有上限？新研究預測聲波極限速度大約每秒36公裡

 Connor Feng • 2020-10-11 15:21:47　來源：前瞻網　E2741G0

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倫敦瑪麗皇后大學、劍橋大學和特洛伊茨克高壓物理研究所的一項合作研究發現了聲音潛在的最快速度。

研究得出的結果是大約每秒36公裡，大約是聲音在鑽石裡的速度的兩倍。

波，如聲波或光波，是將能量從一個地方移動到另一個地方的振動傳播。聲波可以通過不同的介質(如空氣或水)並以不同的速度移動，它們的移動速度取決於它們通過的介質是什麼。例如，它們在固體中傳播的速度要比在液體或氣體中快得多，這就是為什麼如果你聽在鐵軌上傳播的聲音可以更快地聽到火車在靠近。

愛因斯坦的狹義相對論規定了波傳播的絕對速度極限，即光速，大約等於每秒30萬公裡。然而直到現在，人們還不知道聲波在通過固體或液體時是否也有速度上限。

這項發表在《科學進展》雜誌上的研究表明，預測聲速的上限取決於兩個無量綱的基本常數:精細結構常數和質子與電子的質量比。

這兩個數字在我們理解宇宙的過程中起著重要的作用。它們精確調整的值控制著恆星中的質子衰變和核合成等核反應，這兩個數字之間的平衡還提供了一個狹窄的「宜居地帶」，恆星和行星可以在這個宜居地帶中形成，支持生命的分子結構也可以在這個宜居地帶出現。然而，新的發現表明，這兩個基本常數也可以通過對特定材料屬性設置限制，如聲速，來影響其他的科學領域，如材料科學和凝聚態物理。

科學家們在大量材料上測試了他們的理論預測，並解決了他們理論中的一個具體預測，即聲速應該隨著原子質量增加而減小。這一預測意味著音速在固體氫原子中是最快的。然而，氫只有在100萬大氣壓以上的才會變成原子固體，這樣的壓力堪比木星這樣的氣態巨星的核心。在這樣的壓力下，氫就變成了一種迷人的金屬固體，它會像銅一樣導電，並且科學家們還預測它為室溫超導體。因此，研究人員進行了最先進的量子力學計算來對這一預測進行測試，並發現聲音在固體氫原子中的速度接近理論的基本極限。

劍橋大學材料科學教授克裡斯·皮卡德(Chris Pickard)說:「固體中的聲波在許多科學領域已經有著非常重要的地位。例如，地震學家會利用地球內部深處地震引發的聲波來了解地震事件的性質和地球成分的性質。材料科學家對聲波也很感興趣，因為聲波與重要的彈性特性有關，包括抗壓能力。」

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：https://phys.org/news/2020-10-scientists-upper-limit.html

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