Khoa học tìm ra giới hạn tối đa của tốc độ âm thanh: 36km/h

Trên lý thuyết, âm thanh truyền qua vật liệu hydro kim loại (mới chỉ tồn tại trên lý thuyết) sẽ có tốc độ cao nhất, gần với mốc 36km/s.

Dù là mang tính điện từ hay tính hấp dẫn, giới hạn tốc độ của bất kỳ loại sóng nào trong môi trường chân không vẫn cứ vậy, kể từ ngày Albert Einstein phát triển thành công thuyết tương đối hẹp hồi năm 1905. Tuy nhiên, khoa học chỉ vừa tính ra được tốc độ tối đa của âm thanh khi đi trong vật thể rắn hay lỏng: ta có con số 36 km/s, chậm hơn tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không khoảng 8.000 lần. 

Khoa học tìm ra giới hạn tối đa của tốc độ âm thanh: 36km/h
Khoa học đã có thêm một hằng số mới: vận tốc tối đa của âm thanh trong vật liệu lỏng/rắn?

Để ra được kết quả này, giáo sư vật lý Kostya Trachennko và các cộng sự sử dụng hai hằng số nổi tiếng trong vật lý: tỷ lệ giữa khối lượng của proton với khối lượng của electron, bên cạnh đó là hằng số cấu trúc tinh tế chỉ ra độ lớn của tương tác giữa các hạt cơ bản mang điện. 

Loading...

Trachenko nhận định rằng khoa học có nền móng khá vững chắc để tự tin vào độ chính xác của những hằng số vừa nêu, bởi lẽ nếu chúng chỉ xê dịch đôi chút, vũ trụ này sẽ khác nhiều với hiện tại. “Nếu hằng số chỉ lệch vài phần trăm, proton sẽ mất tính ổn định, và có lẽ quá trình tổng hợp nguyên tố nặng diễn ra trong một ngôi sao cũng chẳng còn, nên ta sẽ không có cả carbon, chẳng có được sự sống”, giáo sư Trachenko nói.

Âm thanh là một thứ sóng được truyền trong vật chất nhờ hạt tương tác nhau, tốc độ của âm thanh phụ thuộc vào mật độ khối lượng (khối lượng riêng) của vật chất - tức là các nguyên tử tạo nên vật chất gần nhau, tương tác với nhau ra sao. Một nguyên tử có vận tốc tối đa, nên là tốc độ âm thanh bị giới hạn bởi đại lượng này.

Trachenko và cộng sự tận dụng sự thật này cùng tỷ lệ khối lượng của proton-electron, hằng số cấu trúc tinh tế để tính được tốc độ tối đa của âm thanh khi di chuyển qua chất lỏng hay chất rắn: trên lý thuyết, âm thanh có thể di chuyển ở vận tốc tối đa là 36km/s.

Khoa học tìm ra giới hạn tối đa của tốc độ âm thanh: 36km/h
Âm thanh là một thứ sóng được truyền trong vật chất nhờ hạt tương tác nhau.

Chúng ta vẫn biết kim cương sẽ cho ra tốc độ truyền âm thanh lớn nhất, bởi lẽ chúng là vật liệu cứng nhất, nhưng ta không biết liệu có tồn tại giới hạn tốc độ trên mặt lý thuyết hay không”, giáo sư Trachenko nói. Nhóm nghiên cứu tính được rằng vận tốc tối đa này gần gấp đôi tốc độ âm thanh truyền đi trong kim cương.

Tốc độ âm thanh cũng phụ thuộc vào khối lượng của nguyên tử có trong vật chất, vậy nên các nhà nghiên cứu dự đoán rằng hydro kim loại rắn - một vật liệu tồn tại trên mặt lý thuyết, có thể có trong lõi của những hành tinh khổng lồ - là vật liệu truyền âm thanh nhanh nhất. Theo tính toán, âm thanh truyền đi trong hydro kim loại sẽ có vận tốc gần đạt giới hạn trên. Trong số 133 vật liệu được thử nghiệm, cũng không thứ nào có khả năng truyền âm với tốc độ nhanh hơn mốc 36 km/s.

Tuy nhiên, giáo sư Graeme Ackland công tác tại Đại học Edinburgh cho rằng những phép tính của Trachenko và cộng sự chưa tính được tốc độ tối đa của âm thanh. Ackland nêu ý kiến trái chiều: “Bạn có thể sử dụng hằng số cơ bản để ra được yếu tố nào đó của đơn vị tính vận tốc, nhưng chẳng có lý do nào cho thấy tồn tại một giới hạn tốc độ cả. Tôi chưa tin”.

Giáo sư Ackland cho rằng cần thêm thử nghiệm nữa, nhằm quan sát tốc độ của âm thanh di chuyển trong những nguyên tố nặng hơn nữa.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Các nhà vật lý phát hiện ra nguồn năng lượng mới còn mạnh mẽ hơn cả bom hạt nhân

Các nhà vật lý phát hiện ra nguồn năng lượng mới còn mạnh mẽ hơn cả bom hạt nhân

Nguồn năng lượng mới này là một loại hạt cơ bản sơ cấp và là một thành phần cơ bản của vật chất.

Đăng ngày: 15/10/2020
14 điểm ẩn chứa những kho báu

14 điểm ẩn chứa những kho báu "khủng" nhất thế giới

Hồ Walchen nằm trong dãy Alps, dãy núi Rocky ở Mỹ hay lâu đài Wewelsburg, Đức luôn được nhiều du khách tìm đến, bởi họ tin rằng đây là nơi cất chứa những kho báu khổng lồ của quá khứ.

Đăng ngày: 15/10/2020
14 điểm điểm ẩn chứa những kho báu

14 điểm điểm ẩn chứa những kho báu "khủng" nhất thế giới

Hồ Walchen nằm trong dãy Alps, dãy núi Rocky ở Mỹ hay lâu đài Wewelsburg, Đức luôn được nhiều du khách tìm đến, bởi họ tin rằng đây là nơi cất chứa những kho báu khổng lồ của quá khứ.

Đăng ngày: 15/10/2020
Những thiên tài nhí có chỉ số IQ cao hơn Einstein

Những thiên tài nhí có chỉ số IQ cao hơn Einstein

Trong bài kiểm tra IQ của Mensa, những học sinh này có chỉ số IQ trên mức 160, cao hơn thiên tài vật lý Albert Einstein.

Đăng ngày: 14/10/2020
Có thể dùng lực cản của tay để dừng một chiếc ô tô đang chạy không?

Có thể dùng lực cản của tay để dừng một chiếc ô tô đang chạy không?

“Khi tôi đưa tay ra ngoài cửa kính ô tô, tôi cảm thấy lực cản của không khí. Liệu tôi có thể dùng cách này để dừng chiếc xe lại không? Tôi cần bao nhiêu cánh tay để phanh được chiếc xe dừng lại?”

Đăng ngày: 14/10/2020
Tàu Polarstern hoàn thành sứ mệnh nghiên cứu Bắc cực lớn nhất lịch sử

Tàu Polarstern hoàn thành sứ mệnh nghiên cứu Bắc cực lớn nhất lịch sử

Con tàu Polarstern chở theo hàng trăm nhà khoa học từ 20 quốc gia trở về Đức sau 389 ngày đi qua các khối băng ở Bắc cực để thực hiện chuyến nghiên cứu Bắc cực lớn nhất lịch sử. Họ mang về khối dữ liệu khổng lồ quý giá.

Đăng ngày: 14/10/2020
Một lục địa của Trái đất đang

Một lục địa của Trái đất đang "biến hình" nhanh khó tin

Dãy núi Sierra Nevada ở Mỹ đã cung cấp bằng chứng gây sốc về cách các mảnh vỏ Trái đất di chuyển và tạo ra các vùng đất mới nhanh ngoài sức tưởng tượng.

Đăng ngày: 14/10/2020
Tiêu điểm
Khoa Học News