Một nghiên cứu hợp tác giữa Đại học Queen Mary ở London, Đại học Cambridge và Viện vật lý áp suất cao ở Troitsk đã khám phá ra vận tốc cao nhất có thể của âm thanh.
Kết quả của nghiên cứu này là 36 km/s - khoảng gấp đôi vận tốc của âm thanh trong kim cương, loại vật liệu cứng nhất thế giới.
Các sóng - như sóng âm và sóng ánh sáng - là những nhiễu động làm lan truyền năng lượng từ nơi này tới nơi khác. Sóng âm có thể di chuyển thông qua nhiều môi trường khác nhau, chẳng hạn như không khí hay nước, và di chuyển với những vận tốc khác nhau tùy thuộc vào môi trường mà nó truyền qua.
Chẳng hạn, sóng âm di chuyển trong chất rắn nhanh hơn nhiều so với khi di chuyển trong chất lỏng và chất khí. Đó là lý do vì sao bạn có thể nghe được tiếng một đoàn tàu đang đi tới sớm hơn nhiều nếu như áp tai xuống đường ray để nghe thay vì nghe qua không khí.
Thuyết tương đối hẹp của Einstein cho biết giới hạn vận tốc tuyệt đối mà một sóng có thể truyền đi. Đó chính là vận tốc ánh sáng, có giá trị khoảng 300.000 km/s. Tuy nhiên cho tới vừa qua thì chưa ai biết được giới hạn trên của vận tốc âm thanh khi nó truyền qua chất rắn hoặc chất lỏng.
Nghiên cứu mới đã được công bố trên tạp chí Science Advances (Tiến bộ khoa học). Nó cho thấy việc dự đoán giới hạn trên của vận tốc âm thanh phụ thuộc vào hai hằng số cơ bản không thứ nguyên, đó là hằng số cấu trúc tinh tế và tỷ lệ khối lượng giữa proton và electron.
Hai con số này đã được biết tới từ trước rằng đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu về vũ trụ của chúng ta. Các giá trị tinh tế của chúng chi phối các phản ứng hạt nhân như là sự phân rã proton hay sự tổng hợp hạt nhân ở các ngôi sao. Sự cân bằng của hai con số đó mang lại một dải hẹp được gọi là "vùng sống được" mà ở đó các sao và hành tinh có thể hình thành và các cấu trúc phân tử hỗ trợ sự sống có thể xuất hiện.
Tuy nhiên, phát hiện mới gợi ý rằng hai hằng số cơ bản này cũng có thể ảnh hưởng tới những phạm vi khác của khoa học, như là khoa học vật liệu và vật lý chất rắn, qua việc giới hạn những tính chất của vật liệu chẳng hạn như vận tốc âm thanh truyền trong đó.
Các nhà khoa học đã kiểm tra dự đoán lý thuyết của họ trên nhiều vật liệu và xác nhận giả thuyết của họ rằng vận tốc âm thanh có thể giảm theo khối lượng nguyên tử. Dự đoán này chỉ ra rằng âm thanh là nhanh nhất trong hydro rắn. Tuy nhiên, hydro là nguyên tử đóng rắn ở ấp suất cực cao - trên 1 triệu atmosphere, một áp suất tương đương với ở lõi của các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc.
Ở áp suất như vậy, hydro trở thành một chất dẫn điện có tính kim loại giống như đồng và được dự đoán rằng có thể trở thành siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các tính toán của cơ học lượng tử để kiểm tra dự đoán này và thấy rằng vận tốc âm thanh trong hydro rắn đạt gần tới giới hạn lý thuyết cơ bản.
Chris Pickard - giáo sư về khoa học vật liệu ở Đại học Cambridge - cho biết: "Sóng âm trong chất rắn đã luôn quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học. Chẳng hạn, các hà địa chấn học sử dụng sóng âm xuất phát từ những cơn địa chấn sâu trong lòng Trái Đất để hiểu được bản chất của các sự kiện địa chấn và đặc điểm của thành phần cấu tạo Trái Đất. Nó cũng đáng chú ý đối với các nhà khoa học vật liệu bởi sóng âm liên quan tới những đặc tính đàn hồi quan trọng bao gồm khả năng chịu lực của vật liệu."
Bryan
Theo Space Daily
