Фундаментальные константы устанавливают новый предел скорости звука

В нормальных условиях звуковые волны не могут двигаться быстрее 36 километров в секунду.

У звука есть ограничение скорости. В нормальных условиях его волны могут двигаться не быстрее, чем около 36 километров в секунду, - предлагают физики 9 октября в Science Advances.

Ограничение скорости звука

Звук распространяется с разной скоростью в разных материалах - например, в воде он движется быстрее, чем в воздухе. Но в естественных условиях на Земле ни один материал не может принимать звуковые волны, превышающие этот предел, который примерно в 100 раз превышает обычную скорость звука, распространяющегося в воздухе.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Рассуждения команды основаны на хорошо известных уравнениях физики и математических связях. «Учитывая простоту аргумента, это говорит о том, что исследователи указывают на что-то очень глубокое», - говорит эксперт по физике конденсированных сред Камран Бениа из Высшей школы физики и химии в Париже.

Уравнение ограничения скорости опирается на фундаментальные константы, особые числа, управляющие космосом. Одно такое число, скорость света, устанавливает предел скорости Вселенной - ничто не может двигаться быстрее. Другой, известный как постоянная тонкой структуры, определяет силу, с которой электрически заряженные частицы толкают и притягивают друг друга. В сочетании в правильном расположении с другой константой - отношением масс протона и электрона - эти числа дают предел скорости звука.

 
Звуковые волны, состоящие из колебаний атомов или молекул, проходят через материал, когда одна частица сталкивается с другой. Скорость волны зависит от различных факторов, в том числе от типов химических связей, удерживающих материал вместе, и от того, насколько массивны его атомы.

Физик конденсированных сред Костя Траченко и его коллеги обнаружили, что ни одна из скоростей звука, измеренных ранее в различных жидкостях и твердых телах, не превышает предложенный предел. Самая высокая скорость, измеренная в алмазе, составила лишь половину теоретического максимума.  

Предел применяется только к твердым телам и жидкостям при давлениях, типичных для Земли. При давлении, в миллионы раз превышающем давление в атмосфере Земли, звуковые волны движутся быстрее и могут превзойти предел.

Один материал, который, как ожидается, может похвастаться высокой скоростью звука, существует только при таких высоких давлениях: водород, сжатый достаточно сильно, чтобы превратиться в твердый металл. Этот металл никогда не был создан на практике, поэтому исследователи рассчитали ожидаемую скорость вместо того, чтобы использовать измерения. Расчеты показывают, что если давление превышает атмосферное давление Земли примерно в 6 миллионов раз, предел скорости звука будет нарушен.

Роль фундаментальных констант в максимальной скорости звука определяется тем, как волны движутся сквозь материалы. Звук распространяется благодаря электромагнитным взаимодействиям электронов соседних атомов, и именно здесь в игру вступает постоянная тонкой структуры. И соотношение масс протона и электрона важно, потому что, хотя электроны взаимодействуют, ядра атомов в результате движутся.

Константа тонкой структуры и отношение масс протона к электрону являются безразмерными константами, что означает, что к ним не прикреплены единицы (поэтому их значение не зависит от какой-либо конкретной системы единиц). Такие безразмерные константы очаровывают физиков, потому что они имеют решающее значение для существования Вселенной, какой мы ее знаем. Например, если бы постоянная тонкой структуры была значительно изменена, звезды, планеты и жизнь не могли бы образоваться. Но никто не может объяснить, почему эти важнейшие числа имеют такие значения.

«Когда у меня бессонные ночи, я иногда думаю об этом», - говорит Траченко из Лондонского университета королевы Марии. Поэтому он и его коллеги расширяют эту загадку из космической области до более общих понятий, таких как скорость звука. Траченко и соавтор Вадим Вениаминович Бражкин из Института физики высоких давлений в Троицке, Россия, также сообщили о минимально возможной вязкости жидкостей в журнале Science Advances за 24 апреля.

Этот предел вязкости зависит от постоянной Планка, числа, лежащего в основе квантовой механики, математики, которая управляет физикой в ​​очень малых масштабах. Если бы постоянная Планка была в 100 раз больше, говорит Траченко, «вода была бы похожа на мед, и это, вероятно, было бы концом жизни, потому что процессы в клетках не протекали бы так эффективно». опубликовано econet.ru по материалам sciencenews.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet