Gezamenlijk onderzoek van Queen Mary University of London, Cambridge University en het Institute of High Pressure Physics in Troitska heeft de maximaal mogelijke geluidssnelheid ontdekt.
Het resultaat is ongeveer 36 km per seconde - ongeveer twee keer de geluidssnelheid in diamant, 's werelds hardste bekende materiaal.
Golven, zoals geluidsgolven of lichtgolven, zijn verstoringen die energie van de ene plaats naar de andere verplaatsen. Geluidsgolven kunnen door verschillende media reizen, zoals lucht of water, en reizen met verschillende snelheden, afhankelijk van waar ze doorheen reizen. Ze reizen bijvoorbeeld veel sneller door vaste stoffen dan door vloeistoffen of gassen, dus je kunt een naderende trein veel sneller horen als je luistert naar het geluid dat langs de rails reist dan door lucht.
De speciale relativiteitstheorie van Einstein stelt een absolute grens aan de snelheid waarmee een golf zich kan verplaatsen, die gelijk is aan de lichtsnelheid en gelijk is aan ongeveer 300 km per seconde. Het was echter tot nu toe niet bekend of geluidsgolven een maximumsnelheid hebben bij het reizen door vaste stoffen of vloeistoffen.
De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances, laat zien dat de voorspelling van de bovengrens van de geluidssnelheid afhangt van twee dimensieloze fundamentele constanten: de constante fijnstructuur en de massaverhouding van het proton tot het elektron.
De wetenschappers testten hun theoretische voorspelling op een breed scala aan materialen en gingen in op één specifieke voorspelling van hun theorie, namelijk dat de geluidssnelheid zou moeten afnemen met de atoommassa. Deze profetie houdt in dat geluid het snelst is in vaste atomaire waterstof. Waterstof is echter een vaste stof met een zeer hoge druk, meer dan 1 miljoen atmosfeer, een druk die vergelijkbaar is met die in de kern van gasreuzen zoals Jupiter. Bij deze druk wordt waterstof een vreemde metalen vaste stof die elektriciteit op precies dezelfde manier geleidt als koper en waarvan wordt voorspeld dat het bij kamertemperatuur een supergeleider zal zijn. Dus voerden de onderzoekers state-of-the-art kwantummechanische berekeningen uit om deze voorspelling te testen en ontdekten dat de geluidssnelheid in vaste atomaire waterstof dicht bij de theoretische fundamentele limiet ligt.
Professor Chris Pickard, hoogleraar materiaalkunde aan de Universiteit van Cambridge, zei: "Geluidsgolven in vaste stoffen zijn erg belangrijk op veel gebieden van de wetenschap. Seismologen gebruiken bijvoorbeeld geluidsgolven die worden veroorzaakt door aardbevingen diep in de aarde om de aard van seismische effecten, gebeurtenissen en eigenschappen van de samenstelling van de aarde te begrijpen. Ze zijn ook interessant voor materiaalwetenschappers omdat geluidsgolven worden geassocieerd met belangrijke elastische eigenschappen, waaronder het vermogen om belastingen te weerstaan."
Lees ook:
- Amerikaanse militaire honden krijgen een bril met augmented reality
- Smartphone-displays van de toekomst kunnen gemaakt zijn van transparant hout