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音速竟然还有上限?新研究预测声波极限速度大约每秒36公里

2020-10-11 16:33 前瞻网   
音速竟然还有上限?新研究预测声波极限速度大约每秒36公里

伦敦玛丽皇后大学、剑桥大学和特洛伊茨克高压物理研究所的一项合作研究发现了声音潜在的最快速度。

研究得出的结果是大约每秒36公里,大约是声音在钻石里的速度的两倍。

波,如声波或光波,是将能量从一个地方移动到另一个地方的振动传播。声波可以通过不同的介质(如空气或水)并以不同的速度移动,它们的移动速度取决于它们通过的介质是什么。例如,它们在固体中传播的速度要比在液体或气体中快得多,这就是为什么如果你听在铁轨上传播的声音可以更快地听到火车在靠近。

爱因斯坦的狭义相对论规定了波传播的绝对速度极限,即光速,大约等于每秒30万公里。然而直到现在,人们还不知道声波在通过固体或液体时是否也有速度上限。

这项发表在《科学进展》杂志上的研究表明,预测声速的上限取决于两个无量纲的基本常数:精细结构常数和质子与电子的质量比。

这两个数字在我们理解宇宙的过程中起着重要的作用。它们精确调整的值控制着恒星中的质子衰变和核合成等核反应,这两个数字之间的平衡还提供了一个狭窄的“宜居地带”,恒星和行星可以在这个宜居地带中形成,支持生命的分子结构也可以在这个宜居地带出现。然而,新的发现表明,这两个基本常数也可以通过对特定材料属性设置限制,如声速,来影响其他的科学领域,如材料科学和凝聚态物理。

科学家们在大量材料上测试了他们的理论预测,并解决了他们理论中的一个具体预测,即声速应该随着原子质量增加而减小。这一预测意味着音速在固体氢原子中是最快的。然而,氢只有在100万大气压以上的才会变成原子固体,这样的压力堪比木星这样的气态巨星的核心。在这样的压力下,氢就变成了一种迷人的金属固体,它会像铜一样导电,并且科学家们还预测它为室温超导体。因此,研究人员进行了最先进的量子力学计算来对这一预测进行测试,并发现声音在固体氢原子中的速度接近理论的基本极限。

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有着非常重要的地位。例如,地震学家会利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成分的性质。材料科学家对声波也很感兴趣,因为声波与重要的弹性特性有关,包括抗压能力。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4083LWJ

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