Οι επιστήμονες έχουν καθορίσει το ανώτατο όριο της ταχύτητας του ήχου στο σύμπαν

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν(SRT) θέτει ένα απόλυτο όριο στην ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινηθεί ένα κύμα - η ταχύτητα του φωτός σε κενό είναι περίπου 300.000 km ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, μέχρι τώρα, δεν ήταν γνωστό εάν τα ηχητικά κύματα έχουν ανώτερο όριο ταχύτητας όταν διέρχονται από στερεά ή υγρά. Πρόσφατα, Βρετανοί και Ρώσοι επιστήμονες έχουν βρει πώς να καθορίσουν το ανώτατο όριο της ταχύτητας των ηχητικών κυμάτων, ανάλογα με τις κεντρικές σταθερές - κοινές παραμέτρους με τις οποίες κατανοούμε τη μυστηριώδη φυσική του Σύμπαντός μας. Αυτό το όριο ταχύτητας, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Improvements, είναι 36 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, περίπου διπλάσια από την ταχύτητα του ήχου που διέρχεται από το σκληρότερο πολύτιμο υλικό στη Γη, το διαμάντι.

Η ταχύτητα του ήχου είναι η ταχύτητα διάδοσης των ελαστικών κυμάτων σε ένα μέσο.

Πώς ταξιδεύουν τα κύματα φωτός και ήχου;

Έτσι, το ανώτατο όριο για την ταχύτητα του ήχου, σύμφωνα με νέους υπολογισμούς, είναι 36 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, το οποίο είναι περίπου διπλάσιο της ταχύτητας μετάδοσης ήχου μέσω διαμαντιού. Ο ήχος και το φως ταξιδεύουν σαν κύματα, αλλά συμπεριφέρονται ελαφρώς διαφορετικά. Έτσι, η ταχύτητα του ήχου καθορίζεται από την ελαστικότητα καιη πυκνότητα του μέσου, σε αέρια και υγρά είναι μικρότερη, στα στερεά - περισσότερο. Αλλά σε κενό, τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να εξαπλωθούν, αφού δεν υπάρχει τίποτα να δονείται εκεί.

Το ορατό φως είναι μια ποικιλίαηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που ονομάζεται κυρίως επειδή τα κύματα φωτός αποτελούνται από δονούμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Αυτά τα πεδία δημιουργούν ένα αυτοσυντηρούμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα που μπορεί να ταξιδέψει σε κενό - και η βασική του ταχύτητα είναι περίπου τριακόσιες χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Το ταξίδι σε ένα μέσο όπως το νερό ή η ατμόσφαιρα το επιβραδύνει.

Φανταστείτε ένα μηχανικό κύμα πουπροκαλείται από κραδασμούς στο περιβάλλον. Όταν ένα κύμα περνά μέσα από ένα μέσο, ​​τα μόρια αυτού του μέσου συγκρούονται μεταξύ τους, μεταφέροντας ενέργεια κατά μήκος της κίνησης. Επομένως, όσο πιο δύσκολο είναι το μέσο και όσο πιο δύσκολο είναι να το συμπιέσετε, τόσο πιο γρήγορα διαδίδεται ο ήχος. Σε ένα σκληρό, αξιόπιστο υλικό όπως το διαμάντι, ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει ακόμα πιο γρήγορα.

Εάν βάλετε το αυτί σας στις ράγες, θα ακούσετε τον ήχο ενός πλησιάζοντας τρένου πιο γρήγορα από ό, τι μέσω του αέρα.

Στα υγρά, συμπεριλαμβανομένου του νερού, ο ήχος ταξιδεύει περισσότερο από 4 φορές πιο γρήγορα από ό, τι στον αέρα.

Οι συγγραφείς της νέας μελέτης σημειώνουν ότιοι σεισμολόγοι, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν ηχητικά κύματα που δημιουργούνται από σεισμούς βαθιά στη γη για να κατανοήσουν τη φύση των σεισμικών γεγονότων και την εσωτερική δομή της γης. Είναι επίσης ενδιαφέρον για τους επιστήμονες υλικών, επειδή καθορίζουν τις ελαστικές ιδιότητες των υλικών, την ικανότητά τους να αντέχουν φορτία. Όλα τα παραπάνω σημαίνουν ότι υπάρχει ένα συγκεκριμένο πρόβλημα προκειμένου να καθοριστεί ένα όριο στην ταχύτητα του ήχου στο σύμπαν. Πώς το έκαναν οι ερευνητές;

Για να ενημερωθείτε για τα τελευταία νέα από τον κόσμο της επιστήμης και της υψηλής τεχνολογίας, εγγραφείτε στο κανάλι ειδήσεών μας στο Telegram.

Περιορισμός της ταχύτητας του ήχου

Για να εκτιμήσετε την ταχύτητα του περιορισμού του ήχου, η ομάδαΕρευνητές στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου, στο Πανεπιστήμιο Cambridge και στο Ινστιτούτο Φυσικής Υψηλής Πίεσης του Troitsk διαπίστωσαν ότι η ταχύτητα του περιορισμού του ήχου εξαρτάται από δύο βασικές σταθερές: σταθερή λεπτή δομή (θεμελιώδης φυσική σταθερά που χαρακτηρίζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης) και η αναλογία των μαζών του πρωτονίου και του ηλεκτρονίου (μία από τις σημαντικές φυσικές σταθερές, γνωστή με μεγάλη ακρίβεια - 1836,152672.).

Λεπτά προσαρμοσμένες τιμές σταθερού προστίμουΟι δομές και ο λόγος της μάζας πρωτονίων προς τη μάζα ηλεκτρονίων, καθώς και η ισορροπία μεταξύ τους, διέπουν τις πυρηνικές αντιδράσεις όπως η αποσύνθεση των πρωτονίων και η πυρηνική σύντηξη στα άστρα. Η ισορροπία μεταξύ αυτών των δύο τιμών καθορίζεται από έναν στενό διάδρομο της «κατοικήσιμης ζώνης» ή της «ζώνης Goldilocks» - μια υπό όρους ζώνη στο διάστημα με τις πιο ευνοϊκές συνθήκες για τη ζωή, γράφουν οι συγγραφείς του επιστημονικού έργου.

Οι συγγραφείς της μελέτης ελπίζουν ότι τα αποτελέσματα που λαμβάνονται θα έχουν περαιτέρω επιστημονική εφαρμογή.

Διαβάστε επίσης: Μέχρι το 2023, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ θα κατασκευάσει ένα αεροπλάνο 10 φορές την ταχύτητα του ήχου

Οι ερευνητές το πρότειναν ο ρυθμός του ήχου μειώνεται με την αύξηση της ατομικής μάζας. Έλεγχος αυτής της υπόθεσης σε ένα ευρύ φάσμαμια ποικιλία υλικών, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο ήχος θα πρέπει να μεταδίδεται πιο γρήγορα μέσω στερεού ατομικού υδρογόνου, το οποίο μπορεί να υπάρχει μόνο σε πολύ υψηλές πιέσεις, για παράδειγμα, στους πυρήνες των γιγάντων αερίου όπως ο Δίας και ο Κρόνος (η πίεση στους μεγαλύτερους πλανήτες του ηλιακού συστήματος υπερβαίνει το ένα εκατομμύριο ατμόσφαιρες). Όντας σε στερεή κατάσταση, το ατομικό υδρογόνο είναι ένα μέταλλο με υπεραγωγικές ιδιότητες. Αφού πραγματοποίησαν πολύπλοκους κβαντικούς μηχανικούς υπολογισμούς, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι στο στερεό ατομικό υδρογόνο, η ταχύτητα του ήχου είναι πλησιέστερα στο θεωρητικό όριο.

Η Science Alert αναφέρει έναν από τους συγγραφείς της μελέτης, τον φυσικό Kostya Trachenko του Πανεπιστημίου Queen Mary του Λονδίνου:

Ελπίζουμε ότι τα αποτελέσματα της επιστημονικής εργασίαςθα λάβει περαιτέρω επιστημονικές εφαρμογές, οι οποίες θα βοηθήσουν τους ερευνητές να βρουν και να κατανοήσουν τις οριακές τιμές διαφόρων ιδιοτήτων, για παράδειγμα, το ιξώδες και τη θερμική αγωγιμότητα, οι οποίες σχετίζονται με την υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας, το πλάσμα κουάρκ-γλουόνων και τη φυσική των μαύρων οπών.

Λοιπόν, ας περιμένουμε!