本报记者余中学物理告诉我们，声速不是一个确定的值，而是随着不同的介质和条件而变化。空在1个标准大气压、15℃的条件下，气体中的声速约为340m/s。然而，在固体
本报记者余
中学物理告诉我们，声速不是一个确定的值，而是随着不同的介质和条件而变化。空在1个标准大气压、15℃的条件下，气体中的声速约为340m/s。然而，在固体中，声音传播的速度要比在空气体和液体中快得多。
例如，在20℃时，声音在铁棒中的速度可以达到大约5130米/秒。这就是为什么一列火车从远处驶来。我们会先听到铁轨的震动，然后是火车的汽笛声。
一般来说，声音在固体中的传播速度与介质的硬度和密度有关。可以说，材料越硬，声速往往越快。
那么，最快的声速是多少呢？10月9日，科学进展发表的一篇论文给出了36100米/秒的数字。这几乎是最坚硬的天然物质——钻石——的声速的两倍！
声波本质上是介质中能量传输的一种形式。爱因斯坦的狭义相对论为波的传播设定了一个绝对速度极限，即光速的真空速度，大约是每秒30万公里。然而，科学家不知道声波在固体中传播时是否存在速度上限。
来自伦敦玛丽女王大学、剑桥大学等研究机构的科学家在论文中指出，声速的上限取决于两个无量纲的基本常数:精细结构常数和质子电子质量比。
所谓无量纲数，就是没有长度、时间等单位的简单数。常见的无量纲数有圆周率、自然常数e等。精细结构常数α就是这样一个无量纲数，指的是电子在第一玻尔轨道上的运动速度与真实空光速的比值。质子质量比更直观，即质子与电子的质量比。
这两个无量纲数精细地控制着恒星中的核合成、重元素起源和质子衰变的过程。这两个数字加在一起，决定了恒星和行星只能在很窄的范围内形成能够支持生命活动的分子结构。在这篇论文中，作者提出了一个新的观点:这两个数字也影响着材料科学和凝聚态物理。两者结合可以得到一个新的无量纲数:凝聚相中的声速与真实空光速之比。
因此，他们提出了凝聚相的声速上限，计算结果约为36100m/s。
那么，什么样的凝聚态物质才能找到这个终极音速呢？科学家对一系列材料进行了实验和计算，并进一步提出了一个更为具体的预测:声速会随着材料原子质量的增大而变慢。这意味着极限音速将出现在最小质量的原子——氢原子中。
然而，我们熟悉的氢原子都是以氢的形式存在的。要将它们“压成”固体，至少需要250Gpa，超过大气压的100万倍。在如此高的压力下，氢变成了固体金属导体，就像铜一样。科学家还预测它将是一种室温超导体。
研究人员用量子力学的理论进行计算和模拟后发现，固体氢中的声速确实接近早先提出的上限。
编辑:李跃群
校对:蒙銮
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