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光速最快可以达到每秒30万公里 光速能达到多少


光速最快可以达到每秒30万公里 光速能达到多少

文章插图
爱因斯坦的相对论告诉我们，在这个宇宙中，没有什么能比光传播得更快 。
这句话我们都很熟悉，以至于说的时候经常会忽略一个前提:真理空 。光在不同介质中的传播速度是不同的 。只有在真理空没有介质的情况下，光才能达到这个极限 。如果是在水中，光速就达不到那么快，甚至在不透明的固体中也无法传播 。

除了光速，我们还经常谈论声速 。与光速相反，声音一般在固体中传播得更快，然后在液体中传播，在空气体中传播得更慢，没有介质就不能在真实空中传播 。
两者本质上都是波，但性质截然相反，因为属于不同的波:光属于电磁波，声音属于机械信息资源网络的机械波 。机械波必须依靠介质进行传播，而电磁波不喜欢介质阻碍其进步 。我们大致可以理解，随着介质刚度的增加，电磁波传播的难度增大，而机械波传播的难度增大 。
True 空是电磁波信息资源网络速度的极限环境，因为我们可以说空的刚性为零，不可能更小 。另一方面，声速是不同的 。我们可以知道它的速度下限，在真空中是0 。我们也知道它在空气体中的传播速度(15℃)，一般为每秒340米 。我们通常说声速是指声音在地表大气中传播的速度，比如所谓的超音速，但在本文中我们并不是专门指某个环境 。那么问题来了:声速有上限吗？
超音速飞机的音爆现象
由于声速在不同的介质中以不同的速度传播，理论上，我们必须测试所有介质中的声速，然后选择最快的一种 。显然，这是不可能的，因为我们不知道宇宙中有多少信息资源和物质，它们有多少种状态 。因此，长期以来，声音的速度极限一直是科学家们的难题 。
我们已经知道声音在某些固体中的传播速度，例如，在20℃的铁中，传播速度约为每秒5130米；在花岗岩中，声速可以达到每秒6000米；在钻石中，声音可以获得极快的速度，大约是每秒18000米 。
这些数据对科学家来说非常重要，甚至成为其他研究的参考 。在地震期间，我们也可以利用这些数据来研究地球的内部结构 。或者超越空，它可以帮助我们研究其他星球 。但是，如果有些物质不在地球上，我们怎么能找出声音在其中传播的速度呢？

虽然我们不可能一一检验所有的材料，但物理学的一些成果和基础数据仍然可以帮助我们从理论上计算出声速的上限 。来自伦敦玛丽女王大学、英国剑桥大学和俄罗斯高压物理研究所的科学家团队发现，声速实际上取决于两个基本常数，一个是精细结构常数，另一个是质子和电子的质量比 。
精细结构常数的由来一言难尽 。简单解释一下，它是无量纲常数，也就是说它没有物理单位，或者物理单位是1 。精细结构常数=e2/(40c)，其中E为电子的电荷，0为真空介电常数，还原普朗克常数和C为真空中的光速，最终计算结果≈137 。
【光速最快可以达到每秒30万公里 光速能达到多少】而且质子和电子的质量比很好理解，只要两者的剩余质量都可以用来除法 。

科学团队在论文中指出:“精细结构常数和质子电子质量比的微妙值，以及它们之间的平衡，决定了恒星中质子衰变和核合成等核反应，最终促成了包括碳在内的基本化学元素的出现 。这种平衡在宇宙中提供了一个“宜居范围”空，允许恒星和行星的形成，以及支持生命的分子结构的出现 。我们的研究表明，精细结构常数和质子-电子质量比可以简单地组合成另一个无量纲的物理量，而这个量对于另一个重要的属性，即波的传播速度，或固体和液体中的声速，有着意想不到的特殊意义 。”
话虽如此，团队最终是如何计算出声音的速度极限的呢？
事实上，他们最终得到了一个声速方程 。推导过程比较复杂，就不赘述了 。最后，声速极限等于精细结构常数乘以1/2质子电子质量比的平方乘以光速 。数学表达式是:

最终的计算结果是，声速的极限约为每秒36公里，几乎是钻石中声音传播速度的两倍 。
为了证明他们的方程是否准确，研究团队对大量固体和液体进行了测试，结果表明声速符合这个方程 。
他们还用另一种方式验证了这一点:研究团队认为，声速会随着原子质量的增加而降低，因此其极限速度不会超过在最小质量原子——氢原子中的传播速度 。当然，为了更快地传播，他们必须测试生活中不可能看到的固体氢，这需要其压力超过地表大气压100万倍，也就是1,000 MPa的压力，才能将通常处于气态的氢压缩成固态 。


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