Uczeni z Wielkiej Brytanii i Rosji określili maksymalną możliwą prędkość dźwięku

| Astronomia/fizyka
Geralt, CC0

Naukowcy z Queen Mary University, University of Cambridge oraz Instytutu Fizyki Wysokich Ciśnień z Troicku określili górną granicę prędkości dźwięku. Okazało się, że wynosi ona około 36 100 m/s (129 360 km/h), czyli trzykrotnie więcej niż prędkość dźwięku w diamencie. Przypomnijmy, że w powietrzu prędkość dźwięku to ok. 340 m/s (1225 km/h).

Fale dźwiękowe znacznie szybciej przenoszą się w ciałach stałych niż w gazach. Dlatego też, np. pociąg szybciej usłyszymy przykładając ucho do szyn niż nasłuchując z powietrza. Ze szczególnej teorii względności wiemy, że maksymalna prędkość światła wynosi ok. 300 000 km/s. Dotychczas jednak nie wiedzieliśmy, czy istnieje i jaka jest górna granica prędkości dźwięku w gazach czy ciałach stałych. Teraz z artykułu opublikowanego na łamach Science Advance dowiadujemy się, że maksymalna prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od stałej struktury subtelnej oraz stosunku masy protonu do elektronu.

Nie od dzisiaj wiemy, że te dwie stałe odgrywają ważną rolę w naszym rozumieniu wszechświata. Od nich zależą różne procesy, takie jak rozpad protonu i syntezja jądrowa zachodząca w gwiazdach. To od równowagi pomiędzy nimi znależy istnienie ekosfery wokół gwiazd, gdzie mogą pojawić się pierwsze molekuły życia.

Naukowcy przetestowali swoje teoretyczne obliczenia na bardzo wielu materiałach. Szczególnie skupili się na sprawdzeniu jednego szczególnego zjawiska. Otóż z ich wyliczeń wynikało, że prędkość dźwięku powinna spadać wraz ze wzrostem masy atomów, z których zbudowany jest ośrodek. To zaś oznaczało, że dźwięk najszybciej rozprzestrzenia się w zestalonym wodorze atomowym. Jednak materiał taki można uzyskać przy ciśnieniu powyżej 1 miliona atmosfer. To ciśnienie porównywalne z tym, jakie istnieje w jądrze Jowisza. Wtedy też wodór staje się metalicznym ciałem stałym, świetnie przewodzi elektryczność i prawdopodobnie jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej. Dlatego też naukowcy wykonali obliczenia dla rozprzestrzeniania się dźwięku w takim zestalonym wodorze i zauważyli, że jego prędkość jest bliska teoretycznej granicy.

Szczegóły badań opublikowano w pracy Speed of sound form fundamental physical constants.

prędkość dźwięku prędkość rozchodzenia się dźwięku