Учёные установили максимально возможную скорость звука
Учёные из Великобритании и России вычислили максимально возможную скорость звука. В силу невозможности проверить свои выводы на практике, результаты исследования носят теоретический характер, но подтверждаются расчётами.
Специальная теория относительности Эйнштейна дала учёным предел скорости во Вселенной, которым стала скорость света в вакууме, но выявить абсолютную максимальную скорость звука в любой среде учёным до 2020 года было сложно из-за невозможности измерить скорость звука в каждом существующем материале. На помощь пришли константы.
Для расчёта предельной скорости звука группа учёных из Лондонского университета Королевы Марии, Кембриджского университета в Великобритании и Института физики высоких давлений в России использовала то постоянную тонкой структуры, которая характеризует силу электромагнитного взаимодействия между элементарными заряженными частицами, и отношение масс протона к массе электрона, которое представляет собой массу покоя протона, деленную на массу покоя электрона.
«Простая комбинация постоянной тонкой структуры и отношения масс протона к электрону приводит к другой безразмерной величине, которая имеет неожиданное и конкретное значение для ключевого свойства конденсированных фаз — скорости, с которой волны распространяются в твёрдых телах и жидкости или скорости звука», — отметили учёные в своей работе, опубликованной в научном журнале Science Advances.
Чтобы подтвердить свои умозаключения, команда исследователей экспериментально измерила скорость звука в большом количестве элементарных твёрдых тел и жидкостей и получила результаты, соответствующие их прогнозам. Одна конкретная теория учёных состоит в том, что скорость звука должна уменьшаться с массой атома. Согласно этой гипотезе, звук должен быстрее всего распространяться через твёрдый атомарный водород, который может существовать только при чрезвычайно высоких давлениях, примерно в 1 миллион раз превышающих атмосферное давление Земли на уровне моря (100 гигапаскалей).
Получить образец для экспериментальной проверки этого предсказания было бы чрезвычайно сложно, поэтому учёные полагались на расчёты, основанные на свойствах твёрдого атомарного водорода между 250 и 1000 гигапаскалей. И, обнаружив, что результаты снова совпадают с их прогнозами, специалисты пришли к выводу, что теоретический фундаментальный предел скорости звука составляет 36 километров в секунду (22 мили в секунду), что примерно в два раза больше скорости звука в алмазе. Авторы исследования рассчитывают, что результаты их работы помогут продвинуться не только в понимании отдельных материалов, но и в изучении всей Вселенной.
