Физики назвали максимальную скорость звука во Вселенной

Новости

Универсальный предел скорости любого вида волн, будь то электромагнитная или гравитационная, движущихся в вакууме, был известен с тех пор, как Альберт Эйнштейн разработал свою специальную теорию относительности в 1905 году.

Но максимальная скорость звука, движущегося через твердое тело или жидкость, всего лишь рассчитан впервые. Это около 36 километров в секунду, что более чем в 8000 раз ниже скорости света в вакууме.

Чтобы сделать этот расчет, Костя Траченко из Лондонского университета королевы Марии и его коллеги начали с двух хорошо известных физических констант: отношения массы протона к массе электрона и постоянной тонкой структуры, которая характеризует силу взаимодействия между заряженными частицами.

Траченко говорит, что у нас есть довольно хорошее представление об этих ценностях, потому что, если бы они были немного изменены, Вселенная совсем не выглядела бы так, как она. «Если вы измените эти константы на несколько процентов, то протон может больше не быть стабильным, и у вас может даже не будет процессов в звездах, приводящих к синтезу тяжелых элементов, поэтому не будет ни углерода, ни жизни», он говорит.

Звук — это волна, которая распространяется, заставляя соседние частицы взаимодействовать друг с другом, поэтому его скорость зависит от плотности материала и того, как атомы внутри него связаны друг с другом. Атомы могут двигаться только так быстро, и скорость звука ограничена этим движением.

Траченко и его коллеги использовали этот факт вместе с соотношением масс протона и электрона и постоянной тонкой структуры, чтобы вычислить максимальную скорость, с которой звук теоретически может распространяться в любой жидкости или твердом теле: около 36 километров в секунду.

«Распространено мнение, что алмаз имеет самую высокую скорость звука, потому что это самый твердый материал, но мы не знали, существует ли у него теоретический фундаментальный предел», — говорит Траченко. Теоретическая оценка примерно вдвое превышает скорость звука в алмазе.

Скорость звука также зависит от массы атомов в материале, поэтому исследователи предсказали, что твердый металлический водород — материал, который теоретически существует в центре планет-гигантов, но лабораторные данные о котором горячо оспариваются, — должен был иметь высочайшая скорость звука. Они подсчитали, что это должно быть близко к теоретическому пределу. Они также просмотрели экспериментальные данные для 133 материалов и обнаружили, что ни один из них не превысил предел.

Однако Грэм Экленд из Эдинбургского университета в Великобритании говорит, что неясно, какие расчеты определяют ограничение скорости. «Вы можете использовать эти фундаментальные константы, чтобы получить что-то с единицами скорости, но я не вижу веской фундаментальной причины, почему это ограничение. Я не совсем уверен ». Он говорит, что необходима дополнительная работа, чтобы выяснить, как именно это применимо к звуку, проходящему через более тяжелые элементы.

Read more: https://www.newscientist.com/article/2256743-physicists-have-discovered-the-ultimate-speed-limit-of-sound/#ixzz6aXwQJOt0

Газета «DAILY» — Новости Ростова-на-Дону