Спільні дослідження Лондонського університету Королеви Марії, Кембриджського університету і Інституту фізики високих тисків в Троїцьку відкрили максимально можливу швидкість звуку.
Результат – близько 36 км в секунду – приблизно у два рази швидше, ніж швидкість звуку в алмазі, самому твердому відомому матеріалі у світі.
Хвилі, такі як звукові або світлові хвилі, – це обурення, які переміщують енергію з одного місця в інше. Звукові хвилі можуть проходити через різні середовища, такі як повітря або вода, і рухатися з різною швидкістю залежно від того, через що вони проходять. Наприклад, вони рухаються через тверді тіла набагато швидше, ніж через рідини або гази, тому ви можете почути поїзд, що наближається набагато швидше, якщо ви будете слухати звук, який поширюється по рейках, а ніж через повітря.
Спеціальна теорія відносності Ейнштейна встановлює абсолютну межу швидкості, з якою може рухатися хвиля, що дорівнює швидкості світла і дорівнює приблизно 300 000 км в секунду. Однак досі не було відомо, чи мають звукові хвилі верхню межу швидкості при русі через тверді тіла або рідини.
Дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, показує, що пророкування верхньої межі швидкості звуку залежить від двох безрозмірних фундаментальних констант: постійної тонкої структури і відносин мас протона до електрону.
Вчені перевірили своє теоретичне передбачення на широкому спектрі матеріалів і звернулися до одного конкретного прогнозу своєї теорії, згідно з яким швидкість звуку повинна зменшуватися з масою атома. Це пророцтво має на увазі, що звук найшвидший у твердому атомарному водні. Однак водень являє собою тверде тіло з дуже високим тиском, що перевищує 1 мільйон атмосфер, тиск можна порівняти з тиском в ядрі газових гігантів, таких як Юпітер. При таких тисках водень стає дивним металевим твердим тілом, яке проводить електрику, точно так же, як мідь, і, як передбачають, є надпровідником при кімнатній температурі. Тому дослідники виконали сучасні квантово-механічні розрахунки, щоб перевірити це передбачення, і виявили, що швидкість звуку у твердому атомарному водні близька до теоретичної фундаментальної межі.
Професор Кріс Пікард, професор матеріалознавства в Кембриджському університеті, сказав: «Звукові хвилі в твердих тілах дуже важливі в багатьох галузях науки. Наприклад, сейсмологи використовують звукові хвилі, викликані землетрусами глибоко всередині Землі, щоб зрозуміти природу сейсмічних впливів, події і властивості складу Землі. Вони також представляють інтерес для матеріалознавців, тому що звукові хвилі пов’язані з важливими пружними властивостями, включаючи здатність протистояти навантаженням”.
Читайте також:
- Військові собаки США отримають окуляри з доповненою реальністю
- Дисплеї смартфонів майбутнього можуть бути зроблені з прозорого дерева