الثوابت الأساسية تضع حدًا جديدًا لسرعة الصوت

في ظل الظروف العادية ، لا يمكن أن تزيد سرعة الموجات الصوتية عن 36 كيلومترًا في الثانية.

الصوت له حد للسرعة. في ظل الظروف العادية ، لا يمكن لموجاتها السفر أسرع من حوالي 36 كيلومترًا في الثانية ، كما اقترح علماء الفيزياء في 9 أكتوبر في Science Advances.

ينطلق الصوت بمعدلات مختلفة في مواد مختلفة – يتحرك في الماء أسرع منه في الهواء على سبيل المثال. ولكن في ظل الظروف الموجودة بشكل طبيعي على الأرض ، لا يمكن لأي مادة أن تستضيف موجات صوتية تتجاوز هذا الحد الأقصى ، وهو حوالي 100 ضعف السرعة النموذجية للصوت المنتقل في الهواء.

تستند معادلة حد السرعة إلى الثوابت الأساسية ، وهي الأعداد الخاصة التي تحكم الكون. أحد هذه الأرقام ، سرعة الضوء ، يحدد الحد الأقصى للسرعة في الكون – لا شيء يمكن أن يكون أسرع. وهناك نوع آخر ، يُعرف بثابت الهيكل الدقيق ، يحدد القوة التي تدفع بها الجسيمات المشحونة كهربائيًا وتسحب بعضها البعض. عند دمجها في الترتيب الصحيح مع ثابت آخر – نسبة كتل البروتون والإلكترون – تنتج هذه الأرقام حدًا لسرعة الصوت.

تنتقل الموجات الصوتية ، التي تتكون من اهتزازات الذرات أو الجزيئات ، عبر مادة ما بينما يتصارع جسيم آخر. تعتمد سرعة الموجة على عوامل مختلفة ، بما في ذلك أنواع الروابط الكيميائية التي تمسك المادة معًا ومدى كتلة ذراتها.

ينطبق هذا الحد فقط على المواد الصلبة والسوائل عند الضغوط الموجودة عادة على الأرض. عند ضغط ملايين المرات من الغلاف الجوي للأرض ، تتحرك الموجات الصوتية بشكل أسرع ويمكن أن تتجاوز الحد الأقصى.

توجد مادة واحدة يُتوقع أن تتباهى بسرعة صوت عالية فقط في مثل هذه الضغوط العالية: الهيدروجين مضغوط بقوة كافية ليتحول إلى معدن صلب (SN: 6/28/19). لم يتم أبدًا إنشاء هذا المعدن بشكل مقنع ، لذلك قام الباحثون بحساب السرعة المتوقعة بدلاً من استخدام القياس. تشير الحسابات إلى أنه إذا تجاوز الضغط الجوي للأرض بحوالي 6 ملايين مرة ، سيتم كسر حد سرعة الصوت.

ثابت البنية الدقيقة ونسبة كتلة البروتون إلى الإلكترون هما ثوابت بلا أبعاد ، مما يعني أنه لا توجد وحدات مرتبطة بهما (لذا فإن قيمتها لا تعتمد على أي نظام معين من الوحدات). إن مثل هذه الثوابت عديمة الأبعاد تبهر الفيزيائيين ، لأن القيم مهمة لوجود الكون كما نعرفه (SN: 11/2/16). على سبيل المثال ، إذا تم تغيير ثابت البنية الدقيقة بشكل كبير ، فلن تكون النجوم والكواكب والحياة قد تشكلت. لكن لا أحد يستطيع أن يشرح سبب امتلاك هذه الأرقام المهمة القيم التي تمتلكها.

إعداد: محمد روحي