فيزيائيون يكتشفون الحد الأقصى لسرعة الصوت

حدد ألبرت أينشتاين الحد العام الأقصى للسرعة لأي نوع من الموجات – سواء كانت الكهرومغناطيسية أو الجاذبية – التي تنتقل عبر الفراغ منذ 1905 حين طور نظريته عن النسبية الخاصة. لكن السرعة القصوى للصوت المتحرك عبر مادة صلبة أو سائل قد تم احتسابها لأول مرة وتبلغ حوالي 36 كيلومترًا في الثانية ، أي أقل بمقدار 8000 مرة من سرعة الضوء في الفراغ.

لإجراء هذا الحساب ، بدأ كوستيا تراشينكو (Kostya Trachenko) من جامعة كوين ماري (Queen Mary University) بلندن وزملاؤه بثابتين فيزيائيين معروفين: هما نسبة كتلة البروتون إلى كتلة الإلكترون ، وثابت البناء الدقيق ، الذي يميز قوة التفاعلات بين الجسيمات المشحونة.

أنها قيم ثابتة لا يمكن تغييرها، لأنه إذا تم تغييرها ولو قليلاً ، فلن يبدو الكون كما هو. يقول تراشينكو “إذا قمت بتغيير هذه الثوابت بنسبة مئوية قليلة ، فقد لا يكون البروتون مستقرًا بعد الآن ، وقد لا تحدث العمليات في الكواكب والتي تؤدي إلى تخليق العناصر الثقيلة ، حينها لن يكون هناك كربون ، ولا حياة “.

يعتبر الصوت موجة تنتقل بجعل الجسيمات المجاورة تتفاعل مع بعضها البعض ، لذلك تعتمد سرعتها على كثافة المادة وكيفية ارتباط الذرات الموجودة بداخلها ببعضها البعض. يمكن للذرات أن تتحرك فقط بسرعة كبيرة ، وسرعة الصوت محدودة بهذه الحركة.

استخدم تراشينكو وزملاؤه هذه الحقيقة جنبًا إلى جنب مع نسبة كتلة البروتون والإلكترون وثابت البناء الدقيق لحساب السرعة القصوى التي يمكن أن ينتقل بها الصوت نظريًا في أي وسط سائل أو صلب: كانت حوالي 36 كيلومترًا في الثانية.

يقول تراشينكو “لطالما شاع ان الماس لديه أعلى سرعة للصوت ، لأنه المادة الاصلب ، لكننا لم نعرف ما إذا كان هناك حد أساسي نظري له”. الحد النظري يساوي ضعف سرعة الصوت في الماس.

تعتمد سرعة الصوت أيضًا على كتلة الذرات في المادة ، لذلك توقع الباحثون أن الهيدروجين المعدني الصلب – وهي مادة توجد نظريًا في مركز الكواكب العملاقة ، ولكن تم التنازع على الأدلة المخبرية بشأنها بشدة – ستكون لديه أعلى سرعة للصوت. وفق حساباتهم يجب أن يكون قريبًا من الحد النظري. كما نظروا إلى البيانات التجريبية لـ 133 مادة ووجدوا أن أيا منها لم يكسر الحد.

ومع ذلك ، يقول جرايم آكلاند (Graeme Ackland) من جامعة إدنبرة (Edinburgh) في المملكة المتحدة إنه ليس من الواضح ما اذا كانت الحسابات تنتج حدًا للسرعة. “يمكنك استخدام هذه الثوابت الأساسية للحصول على قيمة بوحدات السرعة ، لكن لا يمكنني رؤية سبب أساسي وجيه لاعتباره الحد الثابت للسرعة. أنا لست مقتنعاً تماماً”. ويقول إن من الضروري القيام بمزيد من العمل لمعرفة كيف نطبق هذه الحسابات على الصوت الذي يتحرك من خلال عناصر أثقل.

ترجمة: حسن خنجر

تدقيق: Abilta E Zeus
نشر وتعديل الصورة: فرات جمال

المصدر: هنا