Британские и российские физики впервые рассчитали максимально возможную скорость звука, она составляет 36 километров в секунду, пишет журнал Science Advances.
Показатель приблизительно вдвое превышает скорость звука в алмазе, самом твёрдом известном материале в мире.
Специальная теория относительности Эйнштейна устанавливает абсолютный предел скорости, с которым может двигаться волна, он равен скорости света — порядка 300 000 километров в секунду. При этом до сих пор не было известно, есть ли верхний предел скорости у звуковых волн.
Скорость звука определяет упругость и плотность среды, поэтому в газах и жидкостях она меньше, а в твёрдых телах — больше.
Учёные из Лондонского университета Королевы Марии, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений в Троицке рассчитали максимально возможную скорость звука, основываясь на двух безразмерных фундаментальных физических константах — постоянной тонкой структуре и отношении масс протона и электрона. Эти два числа играют ключевую роль во многих процессах Вселенной. Так, от их значения зависит ход распада протона и ядерного синтеза в звёздах, а баланс между ними задаёт узкий коридор так называемой обитаемой зоны, где могут возникать планеты и поддерживающие жизнь молекулярные структуры.
Авторы исследования предположили, что скорость звука должна уменьшаться при увеличении массы атома. Учёные проверили гипотезу на широком спектре материалов, выяснив, что самым быстрым звук будет в твёрдом атомарном водороде.
В ядре газовых гигантов, таких как Юпитер, где давление превышает миллион атмосфер, водород находится в твёрдом состоянии, представляя собой металл со сверхпроводниковыми свойствами. Сложные квантово-механические расчёты учёных показали, что скорость звука в твёрдом атомарном водороде близка к теоретическому фундаментальному пределу.
Авторы исследования полагают, что его результаты получат серьёзное научное применение, например, помогут найти пределы вязкости и теплопроводности, которые используются в теоретических расчётах, связанных с высокотемпературной сверхпроводимостью, кварк-глюонной плазмой и физикой чёрных дыр.