Digital Tutykać Tkostka (DTT)

Naukowcy określili maksymalną możliwą prędkość dźwięku


Międzynarodowa grupa naukowców ustaliła górną granicę prędkości dźwięku, która wynosi około 36 kilometrów na sekundę. Jak dotąd, najwyższa prędkość dźwięku została zmierzona w diamencie i była to tylko około połowa podanego maksimum.


Fale dźwiękowe mogą przenikać różne media, takie jak powietrze lub woda. W zależności od tego, co przekraczają, poruszają się z różnymi prędkościami. Na przykład poruszają się znacznie szybciej przez ciała stałe niż przez ciecze lub gazy, więc nadjeżdżający pociąg można usłyszeć wcześniej, jeśli słucha się dźwięku podróżującego wzdłuż trasy, a nie w powietrzu.

Specjalna teoria względności Alberta Einsteina wyznacza bezwzględne ograniczenie prędkości, z jaką może się rozchodzić fala, a mianowicie prędkość światła, która wynosi około 300.000 XNUMX km na sekundę. Jak dotąd nie wiadomo jednak, czy fale dźwiękowe mają również górną granicę prędkości podczas przekraczania ciał stałych lub cieczy. Do teraz. Naukowcy z Queen Mary University w Londynie, Cambridge University i Institute of High Pressure Physics w Troiksk w Rosji odkryli, że prędkość dźwięku zależy od dwóch bezwymiarowych stałych fundamentalnych: subtelnej stałej strukturalnej i stosunku masy protonu do elektronu. Efekty ich pracy są w magazynie "Postępy nauki”został opublikowany. (Źródło obrazu: Pixelbay)


Szybkość dźwięku

Kostya Trachenko z Queen Mary University w Londynie i jego koledzy rozpoczęli badania od dwóch dobrze znanych stałych fizycznych: stosunku masy protonu do masy elektronu oraz subtelnej stałej strukturalnej charakteryzującej siłę oddziaływań między naładowanymi cząstkami. Według Trachenko mamy całkiem dobre pojęcie o tych wartościach. Gdybyś choć trochę je zmienił, wszechświat nie wyglądałby tak, jak wygląda. - Jeśli zmienimy te stałe o kilka procent, proton może już nie być stabilny, a nawet procesy zachodzące w gwiazdach mogłyby się zatrzymać, co doprowadziłoby do syntezy ciężkich pierwiastków, tak że nie byłoby już węgla i życia - mówi Trachenko.


Te dwie stałe odgrywają ważną rolę w zrozumieniu naszego wszechświata. Ich precyzyjnie dostrojone wartości regulują reakcje jądrowe, takie jak rozpad protonów i fuzja jądrowa w gwiazdach, a równowaga między nimi zapewnia istnienie ekosfery, czyli miejsca wokół gwiazd, w którym planety mają odpowiednie warunki do podtrzymania życia. Jednak nowe odkrycia sugerują, że te dwie podstawowe stałe mogą również wpływać na inne dziedziny nauki, takie jak materiałoznawstwo i fizyka materii skondensowanej, poprzez ustalenie określonych ograniczeń właściwości materiałów, takich jak prędkość dźwięku.

Te stałe rządzą kosmosem, a prędkość dźwięku jest do nich ograniczona. Prędkość światła określa ostateczne ograniczenie prędkości we wszechświecie. Subtelna stała strukturalna określa siłę, z jaką oddziałują ze sobą cząstki naładowane elektrycznie. W połączeniu z inną stałą - stosunkiem mas protonów i elektronów - liczby te skutkują ograniczeniem prędkości dźwięku.

Maksymalna prędkość dźwięku

Dźwięk jest falą, która rozchodzi się, powodując wzajemne oddziaływanie sąsiednich cząstek, więc ich prędkość zależy od gęstości materiału i sposobu połączenia znajdujących się w nim atomów. Trachenko i jego koledzy wykorzystali ten fakt i wraz ze stosunkiem masy protonu do elektronu oraz stałą subtelnej struktury obliczyli maksymalną prędkość, z jaką dźwięk mógłby teoretycznie poruszać się w dowolnej cieczy lub ciele stałym: około 36 kilometrów na sekundę. - Powszechnie wierzono, że dźwięk osiąga najwyższą prędkość w diamencie, ponieważ jest to najtwardszy materiał, ale nie wiedzieliśmy, czy istnieją teoretycznie fundamentalne ograniczenia dotyczące prędkości, z jaką dźwięk może się poruszać ”- mówi Trachenko.