Исследовательское сотрудничество между Лондонским университетом королевы Марии, Кембриджским университетом и Институтом физики высоких давлений в Троицке позволило обнаружить мак Результат-около 36 км в секунду — примерно в два раза быстрее скорости звука в алмазе, самом твердом известном материале в мире.
Волны, такие как звуковые или световые волны, представляют собой возмущения, которые перемещают энергию из одного места в другое. Звуковые волны могут проходить через различные среды, такие как воздух или вода, и двигаться с разной скоростью в зависимости от того, через что они проходят. Например, они движутся через твердые тела гораздо быстрее, чем через жидкости или газы, поэтому вы можете услышать приближающийся поезд гораздо быстрее, если прислушаетесь к звуку, распространяющемуся по рельсовому пути, а не по воздуху.
Специальная теория относительности Эйнштейна устанавливает абсолютный предел скорости, с которой может двигаться волна, равный скорости света и равный примерно 300 000 км в секунду. Однако до сих пор не было известно, имеют ли звуковые волны также верхний предел скорости при движении через твердые тела или жидкости.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что предсказание верхнего предела скорости звука зависит от двух безразмерных фундаментальных констант: константы тонкой структуры и отношения массы протона к массе электрона.
Эти два числа, как уже известно, играют важную роль в понимании нашей Вселенной. Их точно настроенные значения управляют ядерными реакциями, такими как распад протонов и ядерный синтез в звездах, и баланс между этими двумя числами обеспечивает узкую "обитаемую зону", где звезды и планеты могут образовываться и могут возникать поддерживающие жизнь молекулярные структуры. Однако новые открытия предполагают, что эти две фундаментальные константы могут также влиять на другие научные области, такие как материаловедение и физика конденсированных сред, устанавливая ограничения на определенные свойства материала, такие как скорость звука.
Ученые проверили свои теоретические предсказания на широком спектре материалов и обратились к одному конкретному предсказанию своей теории о том, что скорость звука должна уменьшаться с массой атома. Это предсказание подразумевает, что звук является самым быстрым в твердом атомарном водороде. Однако водород является атомарным твердым веществом при очень высоком давлении только выше 1 миллиона атмосфер, давление сравнимо с давлением в ядре газовых гигантов, таких как Юпитер. При таких давлениях водород превращается в увлекательное металлическое твердое тело, проводящее электричество точно так же, как медь, и предсказывается, что он будет сверхпроводником комнатной температуры. Поэтому исследователи провели самые современные квантово-механические расчеты, чтобы проверить это предсказание, и обнаружили, что скорость звука в твердом атомарном водороде близка к теоретическому фундаментальному пределу.
Профессор Chris Picard, профессор материаловедения в Кембриджском университете, сказал: звуковые волны в твердых телах уже имеют огромное значение во многих научных областях. Например, сейсмологи используют звуковые волны, вызванные землетрясениями глубоко в недрах Земли, чтобы понять природу сейсмических событий и свойства состава Земли. Они также представляют интерес для ученых-материаловедов, поскольку звуковые волны связаны с важными упругими свойствами, включая способность противостоять напряжению. Финально возможную скорость звука.
