Zvuk ima ograničenje brzine. Brzina zvuka kroz suh zrak pri 20°C iznosi 343 m/s tj. 0.343 km/s. Naučnici su sada utvrdili kako je maksimalna brzina zvuka 36 kilometara u sekundi. To je dva puta brže nego brzina zvuka kroz dijamant.
Zvuk nije elektromagnetni val kao svjetlost, nego je mehanički val, uzrokovan vibracijama u mediju. Kako val putuje kroz medij, molekule tog medija sudaraju se međusobno, prenoseći energiju.
Zvučni valovi, koji se, dakle, sastoje od vibracija atoma ili molekula, putuju kroz materijal dok jedna čestica “gura” drugu. Brzina vala ovisi o raznim faktorima, uključujući vrste hemijskih veza koje materijal drže na okupu i koliko su njegovi atomi masivni. Što je medij čvršći, rigidniji, to zvuk putuje brže, pa je zato brzina zvuka kroz dijamant veća nego brzina zvuka kroz zrak. Voda ima molekule koje su gušće pakovane od molekula u zraku, a dijamant još gušće pakovanu strukturu atoma.
Nemoguće je izmjeriti brzinu zvuka u baš svakom postojećem materijalu kojeg se možemo domoći, ali naučnici su sada uspjeli utvrditi gornju granicu na osnovu temeljnih konstanti, univerzalnih parametara pomoću kojih razumijemo fiziku Svemira. Suštinski, rad objavljen u Science Advances nedavno, pod naslovom “Speed of sound from fundamental physical constants” je matematički rad.
Kako bi izračunali ograničenje brzine zvuka, tim naučnika s Univerziteta Queen Mary iz Londona, Univerziteta Cambridge u Velikoj Britaniji i Instituta za fiziku visokog pritiska u Rusiji utvrdio je da ograničenje brzine ovisi o dvije temeljne konstante.
Jedna od tih fundamentalnih konstanti fizike je konstanta fine strukture, koja karakterizira jačinu elektromagnetne interakcije između dvije čestice s nabojem, a druga je odnos protona i elektrona. Obje ove konstante su važne za određivanje nuklearnih reakcija.
Jedno specifično predviđanje vezano za ove konstante je da bi se brzina zvuka trebala smanjivati s masom atoma. Prema ovom predviđanju, zvuk bi se trebao najbrže kretati kroz čvrsti atomski vodik, koji može postojati samo pod ekstremno visokim pritiscima, koji su oko milion puta veći od Zemljinog atmosferskog pritiska na razini mora. Međutim, iako čvrsti hidrogen postoji – stvoren je prije koju godinu, bilo bi jako teško da se eksperimentalno dokaže ova hipoteza, pa su je naučnici pokazali matematički.
“Vjerujemo da bi nalazi ove studije“, rekao je fizičar Kostya Trachenko s londonskog Queen Mary, “mogli imati daljnje naučne primjene pomažući nam u pronalaženju i razumijevanju ograničenja različitih svojstava poput viskoznosti i toplinske vodljivosti relevantne za superprovodljivost na visokim temperaturama, istraživanja kvark-gluonske plazme, pa čak i kod fizika crnih rupa.“
