迄今为止声波最快速度的上限:大约36千米每秒

2020-10-14 14:26:19 智能高科新闻网

  爱因斯坦的狭义相对论规定了光波传播速度的上限:每秒300000千米,但是科学家们一直不清楚,当声波通过固体和液体时,速度是否也有上限。在最近出版的《科学进展》杂志上,英国科学家发现了迄今为止声波最快速度的上限:大约36千米每秒,了解这个数值有可能使材料科学等多个领域受益。

  由伦敦玛丽皇后大学、剑桥大学和高压物理研究所的科学家们发现,在固体氢原子内部,声速的上限是声波在钻石(迄今为止已知的地球上最坚固的物质)内部传播速度的两倍。

  声音可以通过不同的介质(如空气或水)传播,而且声波在不同介质中的传播速度也不同,声波在固体内部的传播速度比在液体或气体内部的传播速度快。同时也发现了声速的上限取决于两个基本常数:精细结构常数和电子质量质子比。

  研究者解释说,这两个常数对我们了解宇宙同样重要。例如,这两个常数控制了质子衰变和恒星内部核合成等核反应。此外,这两个数值之间的平衡还提供了一个狭小的“适居区”,在这里,恒星和行星能够形成,生命的分子结构悄然出现。

  另外,另有一些新的发现表明,这两个基本常数还可以限制诸如声速等特殊材料性质的数值,从而影响材料学和凝聚态物理等科学领域。

  研究者们首先给出一个预测:声速应该随着原子质量的增加而减小。说明声音在固体原子氢中的传播速度最快。因为氢气在压力超过一百万大气压时才会变成固体,而在这样的高压下,氢气就会变成一种固体金属导电材料,很有可能成为室温超导体。之后,研究者对多种材料进行了探测,并进行了最新的量子力学计算,结果表明,声波在固体氢原子中的传播速度接近理论极限值。

  剑桥大学材料科学教授ChrisPickard表示:“了解声波在固体中的性质,可使多学科领域受益,例如,地震学家可利用由地球内部深层地震引起的声波,以了解地震的本质和地球的组成,而声波与包括压缩阻力在内的重要弹性性质相关,也引起了材料科学家的兴趣。

编辑:金子

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