Gemeinsame Forschungen der Queen Mary University of London, der Cambridge University und des Institute of High Pressure Physics in Troitska haben die maximal mögliche Schallgeschwindigkeit entdeckt.
Das Ergebnis sind etwa 36 km pro Sekunde – etwa die doppelte Schallgeschwindigkeit in Diamant, dem härtesten bekannten Material der Welt.
Wellen, wie Schallwellen oder Lichtwellen, sind Störungen, die Energie von einem Ort zum anderen bewegen. Schallwellen können sich durch verschiedene Medien wie Luft oder Wasser ausbreiten und sich je nach dem, was sie durchqueren, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Zum Beispiel bewegen sie sich viel schneller durch Feststoffe als durch Flüssigkeiten oder Gase, sodass Sie einen herannahenden Zug viel schneller hören können, wenn Sie den Geräuschen entlang der Schienen lauschen, als durch Luft.
Einsteins spezielle Relativitätstheorie setzt der Geschwindigkeit, mit der sich eine Welle ausbreiten kann, eine absolute Grenze, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht und ungefähr 300 km pro Sekunde entspricht. Allerdings war bisher nicht bekannt, ob Schallwellen beim Durchdringen von Feststoffen oder Flüssigkeiten eine obere Geschwindigkeitsgrenze haben.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advan veröffentlichtces, zeigt, dass die Vorhersage der Obergrenze der Schallgeschwindigkeit von zwei dimensionslosen Grundkonstanten abhängt: der konstanten Feinstruktur und dem Massenverhältnis des Protons zum Elektron.
Die Wissenschaftler testeten ihre theoretische Vorhersage an einer Vielzahl von Materialien und adressierten eine spezifische Vorhersage ihrer Theorie, nämlich dass die Schallgeschwindigkeit mit der Atommasse abnehmen sollte. Diese Prophezeiung impliziert, dass Schall in festem atomarem Wasserstoff am schnellsten ist. Wasserstoff ist jedoch ein Feststoff mit einem sehr hohen Druck von über 1 Million Atmosphären, ein Druck, der mit dem im Kern von Gasriesen wie Jupiter vergleichbar ist. Bei diesen Drücken wird Wasserstoff zu einem seltsamen metallischen Feststoff, der Elektrizität genauso leitet wie Kupfer und bei Raumtemperatur als Supraleiter vorhergesagt wird. Daher führten die Forscher hochmoderne quantenmechanische Berechnungen durch, um diese Vorhersage zu testen, und stellten fest, dass die Schallgeschwindigkeit in festem atomarem Wasserstoff nahe an der theoretischen fundamentalen Grenze liegt.
Professor Chris Pickard, Professor für Materialwissenschaften an der Universität Cambridge, sagte: „Schallwellen in Festkörpern sind in vielen Bereichen der Wissenschaft sehr wichtig. Beispielsweise verwenden Seismologen Schallwellen, die durch Erdbeben tief im Inneren der Erde verursacht werden, um die Natur seismischer Effekte, Ereignisse und Eigenschaften der Zusammensetzung der Erde zu verstehen. Sie sind auch für Materialwissenschaftler interessant, weil Schallwellen wichtige elastische Eigenschaften zugeordnet werden, darunter die Fähigkeit, Belastungen standzuhalten.“
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