Forskere finder øvre grænse for lydens hastighed

Et forskningssamarbejde mellem Queen Mary University of London, University of Cambridge og Institute for High Pressure Physics i Troitsk har opdaget den hurtigst mulige lydhastighed.

Resultatet- cirka 36 km i sekundet- er omkring dobbelt så hurtigt som lydens hastighed i diamant, det hårdeste kendte materiale i verden.

Bølger, såsom lyd- eller lysbølger, er forstyrrelser, der flytter energi fra et sted til et andet. Lydbølger kan rejse gennem forskellige medier, såsom luft eller vand, og bevæge sig med forskellige hastigheder, afhængigt af hvad de rejser igennem. For eksempel, de bevæger sig meget hurtigere gennem faste stoffer, end de ville gennem væsker eller gasser, derfor kan du meget hurtigere høre et tog, der nærmer sig, hvis du lytter til lyden, der formerer sig i jernbanesporet frem for gennem luften.

Einsteins teori om særlig relativitet sætter den absolutte hastighedsgrænse, hvormed en bølge kan bevæge sig, som er lysets hastighed, og er lig med omkring 300, 000 km i sekundet. Men indtil nu var det ikke kendt, om lydbølger også har en øvre hastighedsgrænse, når de rejser gennem faste stoffer eller væsker.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt , viser, at forudsigelse af den øvre grænse for lydens hastighed er afhængig af to dimensionsløse grundkonstanter:den fine strukturkonstant og proton-til-elektronmasseforholdet.

Disse to tal er allerede kendt for at spille en vigtig rolle i forståelsen af ​​vores univers. Deres finjusterede værdier styrer nukleare reaktioner såsom protonforfald og nuklear syntese i stjerner, og balancen mellem de to tal giver en smal 'beboelig zone', hvor stjerner og planeter kan dannes, og livsstøttende molekylære strukturer kan opstå. Imidlertid, de nye fund tyder på, at disse to grundlæggende konstanter også kan påvirke andre videnskabelige områder, såsom materialevidenskab og kondenseret fysik, ved at sætte grænser for specifikke materialegenskaber såsom lydens hastighed.

Forskerne testede deres teoretiske forudsigelse på en lang række materialer og behandlede en specifik forudsigelse af deres teori om, at lydens hastighed skulle falde med atomets masse. Denne forudsigelse indebærer, at lyden er den hurtigste i fast atombrint. Imidlertid, brint er et atomisk faststof ved meget højt tryk over 1 million atmosfærer, tryk, der kan sammenlignes med trykket i kernen af ​​gasgiganter som Jupiter. Ved dette pres, brint bliver et fascinerende metallisk fast stof, der leder elektricitet ligesom kobber og forudsiges at være en superleder ved stuetemperatur. Derfor, forskere udførte state-of-the-art kvantemekaniske beregninger for at teste denne forudsigelse og fandt ud af, at lydens hastighed i fast atombrint er tæt på den teoretiske fundamentale grænse.

Professor Chris Pickard, Professor i materialevidenskab ved University of Cambridge, sagde:"Lydbølger i faste stoffer er allerede enormt vigtige på mange videnskabelige områder. F.eks. seismologer bruger lydbølger initieret af jordskælv dybt i Jordens indre for at forstå arten af ​​seismiske begivenheder og egenskaberne ved Jordens sammensætning. De er også af interesse for materialeforskere, fordi lydbølger er relateret til vigtige elastiske egenskaber, herunder evnen til at modstå stress. "