Теорията на Айнщайн за специалната относителност ни предостави лимит за скоростта на светлината във вакуум. Дълго време обаче абсолютният максимум на скоростта на звука (през каквато и да било среда) бе труден за определяне.
Невъзможно е да измерим скоростта на звука във всеки един материал, съществуващ на този свят. Учени обаче успяха да определят максималния ѝ предел на базата на някои фундаментални ограничения – универсални параметри, на базата на които разбираме физиката на Вселената.
Според новите изчисления този предел на скоростта е 36 км/с – приблизително два пъти повече от скоростта, с която звукът пътува през диамант.
Въпреки че и звукът, и светлината пътуват под формата на вълни, те се държат по малко по-различен начин. Видимата светлина е своеобразна форма на електромагнитна радиация – наречена е така, тъй като светлинните вълни се състоят от осцилиращи електрически и магнитни полета. Тези полета генерират самозахранваща се електромагнитна вълна, която може да пътува през вакуум. Нейната максимална скорост е 300 000 км/с. Пътуването през среда, като вода или атмосфера, води до нейното забавяне.
Звукът е механична вълна, която се образува от вибрацията в дадена среда. Докато вълната пътува през тази среда, молекулите в нея се сблъскват една с друга и си прехвърлят енергия. Ето защо колкото по-твърда е средата, толкова по-трудно е да се компресира и толкова по-бързо пътува звукът. Частиците във водата са доста по-нагъсто струпани от тези във въздуха. Отчасти благодарение на това китовете могат да общуват на толкова дълги разстояния в океана.
В твърда среда като диамант например звукът може да пътува дори по-бързо. Ние се възползваме от това негово свойство, когато искаме да измерим вътрешността на Земята в случаите, когато звуковите вълни от земетресенията пътуват през нея (или дори за да разберем повече за интериора на звездите).
Може би вече виждате какви са проблемите при определянето на скоростта на звука. Как да вземем предвид всички възможни материали във Вселената, за да достигнем до абсолютната горна граница?
Именно тук идват на помощ фундаменталните ограничения. За да изчислят лимита на скоростта на звука, екипът от учени от университета „Кралица Мери“ в Лондон, Кеймбриджкия университет и Института по физика на високото налягане в Русия, използваха две фундаментални ограничения. Едното е Константата на тънката структура (една от фундаменталните физически константи, която характеризира силата на електромагнитното взаимодействие), а другото - съотношението на масата протон / електрон.
Изследването е публикувано в Science Advances.
