外星人|破解!爱因斯坦到死都没破的难题 物理学家:光速是它8.3万倍


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爱因斯坦到死都没破的难题依据爱因斯坦的狭义相对论 , 这位上世纪最伟大的物理学家 , 得出这个世界、宇宙万物的极限速度——光在真空中的传播速率——约30万公里每秒!但 , 对于我们日常最常见的机械波——声音 , 爱因斯坦到他离世的那一天 , 都没有破解的世纪难题 , 今天物理学家们终于找到答案了 。
在过去 , 因为声音 , 不同于光这种不需要任何媒介也能实现传播的电磁波 , 作为机械波的一直 , 在完全真空、缺乏媒介的环境下 , 它是无法传播的 。 而这就决定了 , 不同媒介物质 , 它的传播速率会有所不同 。 而宇宙之大 , 更超乎你所想 , 我们不可能测量现存每一种物质的声速 。 所以 , 对于它的极限值 , 会是多少?这个疑问 , 在过去一直困扰着无数的物理学家 , 包括我们伟大的爱因斯坦 。
不过 , 虽然爱因斯坦没直接给出答案 , 但依据他的狭义相对论 , 科学界 , 还是达成一个共识 , 在咱们的宇宙中 , 声音也会像光速那样存在着这么一个基本常数 , 作为它传播的上限 , 但这个基本常数具体是多少?伦敦大学的物理学家们 , 联手俄罗斯的同行 , 通过大量的演算与严谨的推理 , 终于找出了这个精确的理论值 。
声音传播速度由什么决定声音这种机械波 , 它传播原理是由介质中的振动引起的 。 当波在介质中传播时 , 介质的分子相互碰撞 , 传递能量 。 所以 , 介质越刚性——就越难压缩——声音传播得就越快 。 例如 , 声音在空气中平均的传播速度是340米/秒 , 水中的粒子比空气中的粒子更紧密 , 大约是1.45公里每秒 , 是空气中的4.4倍 。 这也是 , 为什么鲸鱼能在海洋中如此遥远的距离 , 还几乎能无障碍进行交流的部分原因 。
【外星人|破解!爱因斯坦到死都没破的难题 物理学家:光速是它8.3万倍】而在更坚硬的固体中 , 比如钻石 , 声音可以传播得更快 。 科学领域里 , 这种最常见的应用 , 会被科学家们利用来自地震的声波 , 穿过地球时的特性来研究地球内部 , 来衡量地球内部结构的密度 。 甚至 , 还有天文学家也认为也可用它来破解探测恒星的内部 。
利用声波的传播速率的变化 , 科学领域已发掘出不少的奇妙点子 。 慢慢大家也清楚明白了 , 决定着声音的传播速度 , 主要取决于传播媒介的两个关键参数 。
第一个 , 是介质的精细结构常数 , 它表示基本带电粒子之间电磁相互作用的强度;
第二个 , 是介质的质子-电子质量比 , 即质子的静止质量除以电子的静止质量 。
为此 , 科学界还演算出一个非常科学严谨的理论方程式 。 并在地球实验室 , 通过大量不同的固体和液体元素一一去验证 。 而结果很让人惊喜 , 他们的实测结果与理论完美吻合在一起 。 而这些大量的理论与实验数据 , 一再证实它是一个有价值的工具 , 不仅对于理解单个物质 , 而且对于更广泛的宇宙也是如此 。
声音在宇宙中最快的传播速度有了这个方程式作为理论依据 , 该科研团队推论出声音最快传播速度的场景:它通过固态氢原子时 , 能达到极限值!当然 , 这种固态的氢原子 , 也只能在极高的压力下才会存在 , 它至少是在地球海平面上大气压力的100万倍(约100千兆帕)才会固化 。