Физика

Установлен верхний предел скорости звука

Prem Kumar/OSA

Британские и российские исследователи рассчитали верхний предел скорости распространения звуковых волн. Он составил 36 км/с в металлическом водороде, так как скорость звуковых волн увеличивается с уменьшением массы атома. Работа опубликована в журнале Science Advances, полностью ознакомиться со статьей можно на сервере препринтов arXiv.org.

Скорость распространения звуковых волн зависит от среды, сквозь которую они проходят. Например, в твердых телах звук движется намного быстрее, чем сквозь жидкости или газы. Поэтому вы быстрее услышите приближение поезда, если приложите ухо к рельсу. Специальная теория относительности Эйнштейна устанавливает абсолютный предел скорости движения волны, равный скорости света 3*105 км/с. Однако до сих пор не было известно, имеют ли звуковые волны верхний предел скорости. Исследователи из Лондонского университета королевы Марии, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН смогли ответить на этот вопрос.

Верхний предел скорости звука зависит от двух безразмерных фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры и отношения массы протона к массе электрона. Согласно теории ученых, скорость звука должна уменьшаться при увеличении массы атома. Таким образом, быстрее всего звуковые волны должны распространяться в твердом водороде. Однако в таком состоянии водород существует лишь при очень высоком давлении, превышающем миллион атмосфер, в этих условиях он становится металлом, хорошо проводящим электричество. Металлический водород содержится в ядрах планет газовых гигантов, таких как Юпитер. Исследователи подтвердили свою теорию, выполнив квантово-механические расчеты, и пришли к выводу, что скорость звука в твердом атомарном водороде составляет 36 км/с.

«Распространение звуковых волн в твердых телах очень важно во многих областях науки. Например, сейсмологи используют звуковые волны, вызванные землетрясениями глубоко внутри Земли, чтобы понять свойства и состав нашей планеты. Они также представляют интерес для материаловедов, так как связаны с упругими свойствами, например со способностью противостоять нагрузкам», — рассказывает один из исследователей, профессор Кембриджского университета Крис Пикард.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.