Egy kutatócsoport képes meghatározni annak a sebességnek a felső határát, amelyet a hanghullámok elérhetnek
@josemnieves Frissítve: 2020.10.09. 18: 55h
Kapcsolódó hírek
Általában azt mondjuk, hogy a hangsebesség valamivel több, mint 340 méter másodpercenként, és hogy a fénysebesség, sokkal gyorsabban, csaknem eléri a 300 000 km/másodpercet. Mindazonáltal, mind az egyik, mind a másik esetben nem mindig ez a helyzet. A fény és a hang egyaránt hullámokból áll, és ezeknek a hullámoknak az átviteli sebessége attól függően változik, hogy milyen közegben terjednek. Vákuumban például a fény valóban 300 000 km/s sebességgel halad, a vízben azonban lassabban. És ugyanez történik a hanghullámokkal is.
Most egy csapat kutató a londoni és a cambridge-i Queen Mary Egyetemekről
a troyki magasnyomású fizika intézet tudósainak, most fedezte fel, hogy mi a hang maximális sebessége. És kiderül, hogy több tízszer nagyobb, mint a már ismert 340 méter másodpercenként. Valójában egy hanghullám sokkal gyorsabban haladhat, akár 36 km/másodpercig is, amennyiben a körülmények megfelelőek.
Az eredmény kettővel megszorozza a gyémánt hangsebességének korábbi "rekordját", amely a világunkban ismert legnehezebb anyag. A munkát nemrég publikálták a Science Advances-ban, de itt megtekinthető .
Gyorsabban a szilárd anyagokon
A hullámok, mint a hang vagy a fény, olyan zavarok, amelyek energiát mozgatnak egyik helyről a másikra. És különböző közegeken, például levegőn vagy vízen keresztül utazhatnak, különböző sebességgel haladva, attól függően, hogy min mennek keresztül. Mi több, a hullámok sokkal gyorsabban mozognak, ha szilárd testeken haladnak át mint folyadékokon vagy gázokon keresztül. Ez az oka például annak, hogy egy vonatot sokkal korábban hallhatunk közeledni, ha a fülünket tapasztjuk a vágányra, mint ha azt várnánk, hogy a hangja eljusson hozzánk a levegőn keresztül.
Einstein speciális relativitáselmélete az abszolút sebességhatárt, amelynél a hullám haladhat, azaz a fénysebességet, másodpercenként csaknem 300 000 km-t tesz meg. Azonban mindeddig nem volt ismert, hogy a hanghullámoknak is van-e felső sebességkorlátozásuk.
A kutatók tanulmányukban ezt mutatják a lehető legnagyobb hangsebesség két alapvető állandótól függ: a proton és az elektron finom szerkezete és tömegaránya. Mindkét nagyságrend fontos szerepet játszik Univerzumunk megértésében. Értékei tulajdonképpen szabályozzák a nukleáris reakciókat, például a protonok felbomlását vagy a csillagokban a nukleáris szintézist. A két szám közötti egyensúly pedig szűk "lakható zónát" biztosít, ahol a bolygók és a csillagok képesek kialakulni, és kialakulhatnak az életet támogató molekuláris struktúrák.
Az új eredmények azonban azt sugallják, hogy ez a két alapvető konstans befolyásolhatja más tudományos területeket is, például az anyagtudományt vagy a sűrített anyag fizikáját, azáltal, hogy korlátokat szab az anyagok specifikus tulajdonságaira, mint a hangsebesség esetében.
Ötlet ellenőrzése
A kutatók először elméleti jóslatot kaptak, majd sokféle anyagon tesztelték, hogy elképzelésük szerint a hangsebességnek csökkennie kell-e az atomok tömegének csökkenésével. Az előrejelzés azt jelenti, hogy a hang akkor éri el sebességkorlátját, amikor szilárd atom hidrogénen halad át. Ami problémát jelent, mert a hidrogén csak óriási (egymillió atmoszféra feletti) nyomáson szilárdul meg, amely nyomás összehasonlítható azzal a nyomással, amely a Jupiterhez hasonló gázóriások magjában létezik.
Ezeken a nyomásokon valójában, a hidrogén lenyűgöző fémes szilárd anyaggá válik amely a rézhez hasonlóan vezeti az áramot, és amely szobahőmérsékleten szupravezetővé válhat. Ezért a kutatóknak komplex, korszerű kvantummechanikai számításokat kellett végrehajtaniuk előrejelzésük teszteléséhez. És azt tapasztalták, hogy a szilárd atom hidrogénben a hangsebesség valóban nagyon közel áll az elméleti alapvető határhoz.
Chris Pickard, a Cambridge-i Egyetem anyagtudományi professzora és a tanulmány egyik szerzője szerint: "A szilárd anyagban lévő hanghullámok már nagyon fontosak számos tudományos területen. Például, a szeizmológusok a föld mélyén földrengések által indított hanghullámokat használják megérteni a szeizmikus események jellegét és a bolygó összetételének tulajdonságait. Az anyagtudósokat is érdeklik, mivel a hanghullámok fontos rugalmassági tulajdonságokkal társulnak, beleértve a „stressz” ellenállóképességét.
Kostya Trachenko, a mű első aláírója részéről, biztosítja, hogy «úgy gondoljuk, hogy a tanulmány eredményeinek több tudományos alkalmazása is lehet, mivel segít megtalálni és megérteni a különböző tulajdonságok korlátait, például a viszkozitást vagy a hővezető képességet, amelyek relevánsak magas hőmérsékletek szupravezetése, a glarkot kvarkoló plazma és még a fekete lyukak fizikája is ».