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极限|每秒36千米｜科学家给出声速极限

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极限|每秒36千米｜科学家给出声速极限文章插图
声波通过原子间的相互作用而传播 ， 这限制了其速度 。 图片来源：Alex Drai/Alamy自爱因斯坦1905年提出狭义相对论以来 ， 任何一种波——无论电磁波还是引力波 ， 在真空中传播的宇宙速度极限已为人所知 。
但是 ， 声音在固体或液体中移动的最大速度近日才首次被计算出来——约为每秒36千米 ， 仅为真空中光速的1/8000 。 10月9日 ， 相关研究发表于《科学进展》 。
【极限|每秒36千米｜科学家给出声速极限】为进行这一计算 ， 英国伦敦玛丽女王大学的Kostya Trachenko和同事从两个著名的物理常数入手：质子—电子质量比以及精细结构常数 。
Trachenko表示 ， 这些数值哪怕有一点点改变 ， 宇宙就完全不是现在这样 。
“如果这些常数改变了百分之几 ， 那么质子可能会不稳定 ， 甚至可能没有恒星合成重元素的过程 ， 进而没有碳、没有生命 。 ”他说 。
声音是一种通过相邻粒子相互作用而传播的波 ， 因而其速度取决于材料的密度以及材料内部原子的结合方式 ， 声音的速度受到原子移动速度的限制 。
Trachenko和同事利用这一事实以及质子—电子质量比和精细结构常数 ， 计算出了理论上声音在任何液体或固体中传播的最大速度：大约每秒36千米 。
“通常认为金刚石的声速最高 ， 因为它是最坚硬的材料 ， 但我们不知道它是否有一个理论上的基本极限 。 ” Trachenko说 。 而理论极限大约是钻石声速的两倍 。
声速还取决于材料中原子的质量 ， 因此研究人员预测 ， 固体金属氢（理论上存在于巨行星中心的一种材料 ， 但实验室证据一直存在争议）应该具有最高的声速 。
他们计算出 ， 该速度应该接近理论极限 。 他们还研究了133种材料的实验数据 ， 发现没有一种材料突破极限 。
然而 ， 爱丁堡大学的Graeme Ackland表示 ， 目前还不清楚计算结果是否为速度极限 。
“我没有看到一个很好的基本原理来解释为什么它是一个界限 。 我并不完全信服 。 ”他说 ， 还需要做更多的工作以确定声音如何在重元素中传播 。


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