ขีดจำกัดบนของความเร็วของเสียงในของแข็งและของเหลวขึ้นอยู่กับปริมาณที่ไม่มีมิติเพียงสองปริมาณ นั่นคือค่าคงที่ของโครงสร้างที่ละเอียดและอัตราส่วนมวลของโปรตอนต่ออิเล็กตรอน นั่นคือข้อสรุปที่น่าประหลาดใจของนักฟิสิกส์ในสหราชอาณาจักรและรัสเซีย ซึ่งคำนวณว่าขีดจำกัดความเร็วเป็นสองเท่าของความเร็วสูงสุดของเสียงที่วัดได้จนถึงปัจจุบัน เสียงแพร่กระจายเป็นชุดของการกดทับ
และการคัดแยกในตัวกลางแบบยืดหยุ่น ด้วยความเร็ว
ที่แตกต่างกันอย่างมากจากวัสดุหนึ่งไปอีกวัสดุหนึ่ง โดยปกติ เสียงจะช้าที่สุดในก๊าซ ของเหลวจะสูงกว่า และยังคงสูงกว่าในของแข็ง ในอากาศที่สภาวะแวดล้อม เสียงเดินทางประมาณ 340 ม./วินาที ในขณะที่ในน้ำจะถึง 1500 ม./วินาที และในเหล็กมากกว่า 5,000 ม./วินาที
ความแตกต่างเหล่านี้เกิดจากการที่คลื่นที่ผ่านเข้ามารบกวนอะตอมและโมเลกุล คิดว่าเป็นทรงกลมแข็งที่เชื่อมต่อกันด้วยสปริง อนุภาคจะถูกผลักไปข้างหน้าโดยเพื่อนบ้านในทิศทางของการแพร่กระจายเสียง และในทางกลับกันเพื่อสะกิดอนุภาคอื่นที่อยู่ใกล้เคียงที่อยู่ข้างหน้า แต่การส่งสัญญาณนี้ล่าช้าด้วยความเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าคลื่นจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่ออนุภาคมีมวลน้อยกว่า
ลิงก์ที่แข็งหมายถึงความล่าช้าน้อยลงอย่างไรก็ตาม การเชื่อมโยงที่แข็งกระด้างยังหมายถึงความล่าช้าที่น้อยลง – แต่ละอนุภาคต้องเคลื่อนที่น้อยลงก่อนที่จะกระตุ้นการเคลื่อนไหวของเพื่อนบ้าน นี่คือสาเหตุที่เสียงเดินทางผ่านเหล็กได้เร็วกว่าการเดินทางผ่านน้ำ เป็นต้น
ในทางคณิตศาสตร์ ความเร็วตามยาวของเสียงในวัสดุหนึ่งๆ จะเท่ากับสแควร์รูทของโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุนั้น ซึ่งหาปริมาณความต้านทานต่อการบีบอัด หารด้วยความหนาแน่นของเสียง
ในงานวิจัยล่าสุดKostya Trachenkoจากมหาวิทยาลัย
ควีนแมรีแห่งลอนดอนและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และสถาบันฟิสิกส์ความดันสูงแห่งรัสเซีย Academy of Sciences ได้จัดทำสูตรนี้ใหม่ในแง่ของค่าคงที่พื้นฐาน ขั้นตอนแรกของพวกเขาคือการเชื่อมโยงโมดูลัสขนาดใหญ่ของวัสดุกับพลังงานที่ผูกอะตอมเข้าด้วยกัน เนื่องจากความฝืดที่มากขึ้นหมายถึงพลังงานยึดเหนี่ยวที่สูงขึ้น จากนั้นพวกเขาก็สันนิษฐานว่าระยะหลังสามารถเทียบได้กับพลังงาน Rydberg ซึ่งเป็นพลังงานจับลักษณะเฉพาะในเรื่องควบแน่น
สูตรสะดุดตา
สูตรที่ได้พิสูจน์แล้วว่าสะดุดตา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแสดงในแง่ของค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียด ซึ่งกำหนดความแข็งแกร่งของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าพื้นฐาน แล้วเขียนขึ้นโดยเฉพาะเป็นขีดจำกัดบนของความเร็วของเสียง ขีดจำกัดบนเกิดขึ้นเมื่อมวลของอะตอมที่เป็นปัญหานั้นเป็นมวลที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นั่นคือมวลของอะตอมไฮโดรเจน ในกรณีนั้น ความเร็วของเสียงสามารถแสดงได้ง่ายๆ ในรูปของอัตราส่วนมวลโปรตอนต่ออิเล็กตรอน (กลับด้าน ลดลงครึ่งหนึ่ง และรากที่สอง) ค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียด และความเร็วของแสงในสุญญากาศ
เมื่อใส่ตัวเลขที่เกี่ยวข้องลงในสูตร นักวิจัยพบว่าความเร็วเสียงสูงสุดที่เป็นไปได้ในของแข็งและของเหลว ซึ่งยังคงช้ากว่าขีดจำกัดสูงสุดของแสงเกือบ 10,000 เท่า แต่สูงเป็นสองเท่าของคลื่นเสียงที่เร็วที่สุดที่เคยบันทึกไว้ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 18,000 ม./วินาที และได้รับในเพชร (แข็งมาก)
นักวิจัยได้เปรียบเทียบการคาดคะเนกับความเร็วเสียง
ที่ได้จากการทดลองในของแข็งธาตุ 36 ชนิด ในการทำเช่นนั้น พวกเขาใช้แผนภาพล็อกล็อกเพื่อแสดงให้เห็นว่าความเร็วเหล่านี้แปรผันตามมวลอะตอมของของแข็งอย่างไร และในกราฟเดียวกันนั้นได้วาดเส้นลาดตรงที่เกิดจากสมการของพวกมัน ซึ่งสิ้นสุดที่จุดสูงสุดด้วยไฮโดรเจน พวกเขาสรุปว่าข้อมูลการทดลองชี้มากหรือน้อยตามเส้นลาด แม้ว่าค่าสัมประสิทธิ์ที่พวกเขาลดลงเพื่อทำให้สมการง่ายขึ้นหมายความว่าไม่ใช่ทั้งหมดที่อยู่ใกล้ขนาดนั้น
ไฮโดรเจนเมทัลลิกเพื่อตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับงานของพวกเขา ทีมของ Trachenko ใช้ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเพื่อคำนวณความเร็วของเสียงผ่านไฮโดรเจนที่เป็นโลหะจากหลักการแรก เมื่อสัมผัสกับแรงกดดันที่สูงมาก ไฮโดรเจนจะกลายเป็นของแข็งระดับโมเลกุล และที่ความดันที่สูงกว่า 400 GPa คาดว่าจะกลายเป็นโลหะปรมาณู เป็นสถานะโลหะที่ควรเก็บบันทึกความเร็ว การจำลองไฮโดรเจนในสภาวะเหล่านี้ พบว่าเสียงควรแพร่กระจายได้สูงถึง 35,000 m/s ซึ่งเร็วกว่าในวัสดุอื่นๆ แต่ยังต่ำกว่าขีดจำกัดบน
ของไหลจะมีน้ำมูกไหลมากเมื่อนักฟิสิกส์กำหนดขีดจำกัดความหนืดต่ำสุดที่เป็นสากล
งานนี้เป็นไปตามการวิจัยที่คล้ายคลึงกันซึ่ง Trachenko และเพื่อนสมาชิกในกลุ่มVadim Brazhkinตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้ ซึ่งเผยให้เห็นขีดจำกัดล่างสากลของความหนืดที่แสดงในแง่ของอัตราส่วนมวลโปรตอนต่ออิเล็กตรอนและค่าคงที่ของพลังค์ เมื่อรวมค่าคงที่ที่มีโครงสร้างละเอียดเข้าไว้ด้วยกัน พวกมันก็จบลงด้วยนิพจน์ที่มีค่าคงที่พื้นฐานสองค่า ซึ่งการปรับแต่งอย่างละเอียดจะให้โปรตอนที่เสถียรและยังช่วยให้ดาวจุดไฟและผลิตองค์ประกอบที่หนักกว่าได้ ทำให้เกิด “การมีอยู่ของของแข็งและของเหลว” ที่ซึ่งเสียงสามารถแพร่ขยายได้”
Kamran Behniaจาก PSL University ในปารีสอธิบายว่างานนี้ “เรียบง่ายและลึกซึ้งไปพร้อม ๆ กัน” เขาบอกว่าเขาไม่ได้คาดหวังว่าจะสามารถคำนวณความเร็วคร่าวๆ ของเสียงในวัสดุใดวัสดุหนึ่ง “โดยการโต้แย้งด้วยมือ” โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาเสริมว่า เมื่อสูตรที่ได้นั้นเกี่ยวข้องกับค่าคงที่พื้นฐานเท่านั้น ในขณะที่เขาชี้ให้เห็น กลศาสตร์ควอนตัมไม่จำเป็นต้องอธิบายการแพร่กระจายของเสียง แม้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมจะทำให้สถานะของแข็งเป็นไปได้ก็ตาม “นี่คือสาเหตุที่ข้อความหลักของบทความนี้สร้างความประหลาดใจ” เขากล่าว
Credit : elegantidiosyncrasy.com elysium9d.net endshoesdate.info eniyiuzmandoktor.com equimedics.net
