Xác định vận tốc lớn nhất của âm thanh

Cập nhật, 23:01, Chủ Nhật, 22/11/2020 (GMT+7)

Các nhà khoa học đã xác định được tốc độ nhanh nhất có thể của âm thanh, khoảng 36 km/giây.

Sóng âm thanh di chuyển với các tốc độ khác nhau trong chất rắn, chất lỏng và chất khí; và trong những trạng thái đó của vật chất- ví dụ, chúng di chuyển nhanh hơn trong chất lỏng ấm hơn so với chất lỏng lạnh hơn. Nhà vật lý Kostya Trachenko thuộc ĐH Queen Mary ở London (Anh) và các đồng nghiệp của ông muốn tìm ra giới hạn trên của âm thanh có thể truyền đi nhanh như thế nào.

Về lý thuyết, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó nhanh gấp đôi so với âm thanh di chuyển qua kim cương rắn, phụ thuộc vào một số con số cơ bản trong vũ trụ. Đầu tiên là hằng số cấu trúc mịn- con số mô tả lực điện từ giữ các hạt cơ bản như electron và proton lại với nhau (nó xảy ra xấp xỉ 1/137). Thứ 2 là tỷ lệ khối lượng proton trên electron của một vật liệu, như nó phát âm, là tỷ số khối lượng của các proton và các electron trong cấu trúc nguyên tử của vật liệu.

Không thể kiểm tra tốc độ tối đa lý thuyết này trong thế giới thực, vì toán học dự đoán rằng âm thanh di chuyển với tốc độ tối đa trong các nguyên tử có khối lượng thấp nhất. Nguyên tử có khối lượng thấp nhất là hydro, nhưng hydro không ở thể rắn- trừ khi nó ở dưới áp suất siêu kép mạnh hơn áp suất của bầu khí quyển Trái đất 1 triệu lần. Điều đó có thể xảy ra ở lõi của một khí khổng lồ như Sao Mộc, nhưng nó không xảy ra ở bất kỳ đâu gần đó nơi có thể thử nghiệm khoa học.

Vì vậy, thay vào đó, Trachenko và các đồng nghiệp của ông đã chuyển sang cơ học lượng tử và toán học để tính toán điều gì sẽ xảy ra khi âm thanh phát ra từ một nguyên tử rắn hydro. Họ phát hiện ra rằng âm thanh có thể di chuyển gần với giới hạn lý thuyết là 79.200 mph (127.460 km/h). Ngược lại, tốc độ âm thanh trong không khí là khoảng 1.235 km/h.

Hiểu được các nguyên tắc cơ bản của âm thanh có thể giúp làm sáng tỏ các đặc tính cơ bản khác của vật liệu trong những trường hợp khắc nghiệt- Trachenko cho biết.

HẢI HUỲNH

(Nguồn: Live Science)