中評社北京10月11日電/據澎湃新聞報道,中學物理告訴我們,音速並不是一個確定的數值,因不同的介質和條件而變化。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/s。而在固體中,聲音的傳播速度就要遠大於空氣中和液體中。
例如,鐵棒中的音速在20℃條件下可達到約5130m/s。這就是為什麼一列火車從遠處駛來,我們會先聽到鐵軌的震動聲,然後再聽到火車的鳴笛聲。
通常來說,聲音在固體中的傳播速度又與介質的剛度和密度相關。可以說,材料越“硬”,音速往往會越快。
那麼,音速最快可以達到多少呢?10月9日發表在《科學-進展》(Science Advances)上的一篇論文給出的數字是36100m/s。這比最硬的天然物質——金剛石中的音速將近快上一倍!
聲波本質上是一種能量在介質中的傳輸形式。愛因斯坦的狹義相對論給波的傳播設定了絕對的速度極限,即真空光速,約為每秒30萬公里。然而,科學家們此前並不知道聲波在固體中傳播時是否也有一個速度上限。
來自英國倫敦瑪麗女王大學、劍橋大學等研究機構的科學家們在論文中指出,音速的上限取決於兩個無量綱基本常數:精細結構常數與質子電子質量比。
所謂無量綱數,是一個單純的數字,沒有諸如長度、時間等單位。我們比較熟悉的無量綱數包括圓周率π、自然常數e等。精細結構常數α就是這樣一個無量綱數,指的是電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空光速的比值。質子電子質量比更為直觀,即質子和電子的質量比值。
|