Фізики вперше вирахували теоретичну верхню межу швидкості звуку
Вченим вдалося розрахувати максимально можливу швидкість поширення звуку - за їх формулою це 36 кілометрів на секунду, у 8 тисяч разів менше, ніж вважалось раніше. У своїй роботі вчені також дослідили швидкість поширення звуку в 133 матеріалах, де вона не сягнула теоретичної верхньої межі навіть в найтвердішому - алмазі. Докладніше дослідження фізиків описане в статті, опублікованій у журналі Science Advances.
Що з’ясували вчені?
Звук - коливальний рух частинок середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі, рідині чи твердому тілі. Поширення відбувається за допомогою взаємодії частинок один з одним, тож швидкість визначається пружністю і щільністю середовища, а отже залежить від того, як атоми всередині пов'язані один з одним. Тому швидкість звуку в газах і рідинах менша, а в твердих тілах - більша. Взаємодія частинок відбувається завдяки електромагнітному полю, його збудженню, тому логічно було б вважати, що верхня межа швидкості поширення звукових хвиль дорівнює максимальній швидкості світла - 300 тисяч кілометрів на секунду. Проте, вчені, опираючись на фундаментальні фізичні величини, вивели формулу, яка доводить, що швидкість звуку не може бути більшою за 36 кілометрів на секунду, що у 8 тисяч разів менше швидкості поширення світла у вакуумі.
Звідки вони взяли свої розрахунки?
У своїй роботі група вчених розпочали з двох фундаментальних фізичних констант: відношення маси протона до маси електрона та сталої тонкої структури, що характеризують силу взаємодії між зарядженими частинками. Це основні величини, які не мають “розмірів” і не залежать від вибору одиниць, від їх значення залежить розпад протона і ядерний синтез в зірках, а баланс між цими двома величинами визначає зону, придатну для життя поблизу зірок. Енергію зв’язку частинок вчені пояснили сталою Рідберга - фізичною константою, яка входить у формулу для визначення частот електромагнітного випромінювання атома водню. Виведена фізиками з застосуванням цих величин формула і дала значення верхньої межі швидкості поширення звуку і для твердих матеріалів, і для рідин.
Чи зможуть вчені довести це теоретично?
Необов’язково, що виведене вченими з фундаментальних величин число зі одиницями виміру швидкості, є саме межею швидкості звуку. Так, з усіх 133 матеріалів, в яких вони досліджували швидкість поширення звуку, наприклад таких, як алюміній, ртуть, кварц і вода, жоден не наблизився до отриманого вченими числа. Навіть в алмазі - найтвердішому з відомих мінералів, швидкість була в два рази меншою.
На думку вчених, найближчим до теоретичної межі виявиться металічний водень - теоретично передбачений агрегатний стан Гідрогену, в якому атоми зв'язані металічним зв'язком. Його очікують знайти в ядрах планет-гігантів на зразок Юпітера.
Оновлено о 19:15, виправлена описка