Фізика
Фізика

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.

Выведена фізиками формула, де швидкість поширення звуку(v) дорівнює швидкості світла(c), помноженій на квадратний корінь добутку сталої тонкої структури(α) та відношення маси протона до маси електрона

Выведена фізиками формула, де швидкість поширення звуку(v) дорівнює швидкості світла(c), помноженій на квадратний корінь добутку сталої тонкої структури(α) та відношення маси протона до маси електрона

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