聲波最大速度上限36千米/秒 在固態(tài)氫原子內發(fā)現(xiàn)

愛因斯坦的狹義相對論為光波的傳輸速度設定了上限：300000千米/秒，但科學家一直不清楚其“孿生兄弟”——聲波在固體或液體中傳播時是否也有速度上限。英國科學家在最新一期《科學進展》雜志中指出，他們發(fā)現(xiàn)了聲波迄今最大速度上限：約36千米/秒，了解這一值有望讓材料科學等多領域受益。

來自倫敦瑪麗皇后大學、劍橋大學和高壓物理研究所的科學家在固態(tài)氫原子內發(fā)現(xiàn)了這一聲速上限，這一速度是聲波在鉆石(迄今已知地球上最堅固材料)內傳輸速度的兩倍左右。

聲波可通過不同介質(如空氣或水)傳播，而且，不同介質內聲波的傳播速度也不同，其在固體內比在液體或氣體內“跑得更快”。研究還發(fā)現(xiàn)，聲速的上限取決于兩個基本常數：精細結構常數和質子—電子質量比。

研究人員解釋稱，這兩個常數對于我們理解宇宙也至關重要。比如，這兩個常數掌控著核反應，如質子衰變和恒星內的核合成。而且，這兩個數值間的平衡提供了一個狹窄的“宜居區(qū)域”——在該區(qū)域內，恒星和行星得以形成，生命的分子結構也悄然出現(xiàn)。

此外，其他新發(fā)現(xiàn)還表明，這兩個基本常數還可以限制特定材料屬性(如聲速)的數值，影響材料學和凝聚態(tài)物理等科學領域。

研究人員首先提出了一種預測——聲速應隨原子質量的增大而降低。這表明，聲音在固體原子氫內傳輸速度最快。由于氫僅在壓力達100萬個大氣壓以上才變?yōu)楣腆w，而在這樣的高壓下，氫成為一種金屬固體導電材料，且有可能是一種室溫超導體。隨后，研究人員在多種材料上進行檢測，并進行了最先進的量子力學計算，結果表明，聲波在固體氫原子內的傳輸速度接近理論極限值。

劍橋大學材料科學教授克里斯·皮卡德表示：“了解聲波在固體內的特性，可以讓多個學科領域受益，如地震學家可以利用地球內部深處地震引發(fā)的聲波來了解地震的本質以及地球的組成，而且聲波與重要的彈性特性(包括抗壓能力)有關，這也令材料科學家感興趣。”(記者劉霞)

關鍵詞： 聲波最大速度上限