Sciencemag.cz
Doporučujeme
Maximální rychlost má světlo (ve vakuu), totéž se týká podle nového zjištění i zvuku. Dosud je jako maximum uváděno cca 18 km/s v diamantu coby nejtvrdším známém materiálu (poznámka: respektive asi něco podobného v nově objevovaných materiálech, které jsou deklarovány jako „tvrdší než diamant“). Obecně platí, že pevnými materiály se zvuk šíří rychleji než plyny a kapalinami, čím tvrdší materiál, tím větší rychlost – viz např. když vlak uslyšíme rychleji položením ucha na koleje než prostým posloucháním „ze vzduchu“.
Podle nového zjištění Queen Mary University of London, University of Cambridge a ruského Institute for High Pressure Physics (Troitsk) existuje pro šíření zvuku i horní teoretický limit 36 km/s.
Studie překvapivě tvrdí, že maximální rychlost šíření zvuku závisí na dvou základních bezrozměrných fyzikálních parametrech – konstantě jemné struktury (ta je mírou intenzity elektromagnetické interakce) a poměru hmotností protonu a elektronu. Obě konstanty určují vlastnosti našeho vesmíru v malém i velkém měřítku (závisejí na nich jaderné reakce i vznik hvězd) a určují, zda ve vesmíru vůbec může existovat život našeho typu. Podle nové studie kupodivu ale mají význam i pro jiné obory, jako je věda o materiálech nebo fyzika kondenzovaných látek.
Autoři výzkumu jako jednu z předpovědí vyslovili tvrzení, že rychlost šíření zvuku klesá s hmotností základní stavební jednotky látky, v němž se šíří – má být tedy největší v pevném atomovém vodíku. (Poznámka: viz výše ale závislost rychlosti na skupenství, tj. to platí asi jen pro pevné látky.)
Takový kovový vodík snad existuje za tlaků v nitru Jupiteru, na Zemi ho ovšem pořádně připravit nedokážeme, respektive dosavadní výsledky jsou sporné
(Spor o kovový vodík). Autoři studie se proto museli omeziti na kvantově mechanické výpočty – a z nichž vyplývá, že v kovovém vodíku se rychlost zvuku opravdu blíží teoretickému maximu.
Science Advances 09 Oct 2020:
Vol. 6, no. 41, eabc8662
DOI: 10.1126/sciadv.abc8662
https://advances.sciencemag.org/content/6/41/eabc8662
Zdroj: Queen Mary, University of London / Phys.org
Poznámky PH:
Dá se z toho vyvodit, že se opět ukazuje, že zvuk je světlu svými vlastnostmi mnohem bližší, než se předpokládalo, byť je zde stále rozdíl v tom, že ke svému šíření vyžaduje prostředí? Viz také: Mikročástice lze ovládat pomocí zvuku
Závisí-li na rychlost šíření zvuku na hmotnosti atomů, jak je to třeba s šířením zvuku v lithiu? Proč není větší než v diamantu? A co rychlost šíření zvuku v elektronovém plynu? (I když tam nejspíš půjde o to, že se nejedná o pevnou látku. Nebo vůbec mluvit o zvuku v elektronovém plynu nedává smysl?)
