音速是多少公里每小时(音速有上限吗)

音速是多少公里每小时(音速有上限吗)

在这种宇宙中,并没有什么可以比光的速度更快,这是爱因斯坦的相对论告诉大家的。

大家都很熟悉这类说法,以至于说的过程中常常忽视一个前提:真空。在不一样的介质中,光的传播速度是不一样的。唯有在并没有介质的真空之中,光才可以作到这种极限。要是是在水中,光的速度无法作到这么快,在不透明固体中乃至无法传播。

除开光速以外,大家还常常提到音速。和光速反过来的是,声音通常在固体中传播速度更快某些,在液体次之,空气中更慢,在并没有介质的真空之中无法传播。

两者的实质都是波,却拥有截然反过来的性质,这是由于它们属于不一样的波:光属于电磁波,声属于机械波。机械波必须依赖介质进行传播,而电磁波则不喜欢介质来阻碍自身前进。大家可以粗略地理解为:伴随着介质刚性的增加,电磁波传播越艰难,而机械波则更非常容易传播。

真空便是电磁波速度的极限自然环境,由于大家可以说真空的刚性是0,不很有可能更小了。而音速则不一样,大家可以了解它的速度下限,那便是真空中的0。大家也了解它在空气中(15℃)的传播速度,通常取340米每秒。大家一般说的音速指的便是声音在地表大气中的传播速度,例如正所谓的超音速,但是本文中大家不特指某个自然环境。那麼问題来了:音速是不是有上限呢

飞机场超音速一瞬间产生的音爆现象

既然音速在不一样的介质中传播的速度不一样,理论上而言,大家就必须测试音速在所有介质中的传播速度,然后取最快的一个。不容置疑,这是不很有可能的,由于大家也不清楚宇宙中有多少种物质,它们有多少种状态。这样的话,在很长一段時间里,声音的速度极限一直以来是困扰科学家们的难题。

大家已经了解了声音在某些固体中的传播速度,例如在20℃的铁中,传播速度约为每秒5130米;在花岗岩中,声音的传播速度可达6000米每秒;在金刚石中,声音则可以获得极快的速度,大约是每秒18000米。

这类数据针对科学家们而言十分关键,乃至成为了更好地进行其他研究的参考。在地震的过程中,大家还可以利用这类数据研究地球的内部构造。或是在太空以外,它可以作用大家研究其他星球。可是,要是有些物质没有在地球上,大家该如何求出声音在这其中的传播速度呢?

尽管大家不很有可能将所有的物质都拿来一一测试,可是物理学的某些成果和基本数据,或是可以作用大家从理论上测算出音速的上限。来源于伦敦玛丽皇后大学、英国剑桥大学和俄罗斯高压物理研究所的科学家团队发觉,声音的速度事实上取决于两个基本常数,一个是精细构造常数,一个是质子和电子的品质比

精细构造常数的由来说来话长,简单解释一下,它是一个无量纲常数,换句话说它并没有一切物理单位,或是说物理单位便是1。精细构造常数α=e2/(4πε0cħ),这其中e是电子的电荷,ε0 是真空介电常数, ħ是约化普朗克常数,c 是真空中的光速,最后计算其结果是α≈137

质子和电子的品质比不错理解,只要是用两者的静止品质做除法就可以。

该科学团队在论文中指出:“精细构造常数和质子-电子品质比的微妙数值,以及两者之间的均衡,决定了了恒星内部质子衰变和核合成等核反应,最后也促成了包含碳在内的基本化学元素的出现。这类均衡在宇宙空间提供了一个‘宜居范围’,容许恒星和行星的形成,也可以让支持生命的分子构造出现。大家的研究说明:精细构造常数和质子-电子品质比可以简单组合成为除此之外无量纲的物理量,而这种量又对除此之外关键的属性拥有意想不到的特殊实际意义,这种属性便是波、或是说音速在固体和液体之中的传播速度。”

说了这么多,该团队最后获得的音速极限到底是怎么算出来的呢?

事实上,他们最后获得了一个音速的方程。推导环节十分复杂,大家就不赘述了,最后获得的音速极限等于精细构造常数乘以1/2质子-电子品质比的开平方再乘以光速,数学表述式为:

最后的计算其结果是:音速的极限大约是每秒36公里,基本上是声音在金刚石中传播速度的2倍

为了更好地证实他们方程是不是精确,研究团队对很多的固体和液体进行了测试,其结果音速都符合这种方程。

他们还进行了除此之外方式的验证:研究团队觉得,音速会伴随着原子品质的增加而减小,那麼它的极限速度就不会超出在品质最小的原子——氢原子中的传播速度。自然,为了更好地传播得更快,他们测试的必须是日常生活中不很有可能听到的固体氢,这就要求其压力超出地表大气压100万倍,也便是1000兆帕的压强,才可以将平常成气态的氢压缩为固态。

该团队都没有直接利用固态氢来进行测试,反而是基于250到1000兆帕下固态氢的属性进行了有关的计算。其结果说明,他们的方程依然成立。

至少从现阶段来看,该团队推导出来的方程或是一直以来适用的。要是在将来它依然可以持续地获得验证,那麼大家就基本可以确认自身又掌握了一种物理学研究利器。乃至,在这次研究的成果之上,科学家们还可以更加好地研究这种宇宙。

伦敦玛丽女王大学的物理学家Kostya Trachenko指出:“大家坚信,这次研究的成果可以在科学行业有更为普遍的使用,例如它可以作用大家寻找并理解与高温超导性、夸克-胶子等离子体乃至黑洞物理有关的各种各样性质的极限,像粘度、热导率等等这些。”

大家有句古话,叫做“授人以鱼不太像授人以渔”。在过去,科学家们计算音速都是“鱼”,而这种次的方程很很有可能便是那个“渔”。要是它真的被证实是正确的,那麼大家将会对宇宙有更为深入的掌握。

Author: 宏, 嘿嘿