每秒36公里！科学家时隔312年终于发现了声速的上限

近期发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上的研究称，声波在介质中传播速度的上限是每秒36公里。

人们可能从生活中已经体验到，声波在固体内传播的速度比在液体或气体内快得多。这就是为什么人们匍匐在铁轨上，可以先听到远方火车到来的声音，而从空气中传来的声音晚到很多。

这份研究发现，介质材料的原子质量越大，声波传播的速度越小。所以这个研究组推测声波在固态氢内部传播的速度将是最快的，并计算得到这个结果。这个速度是声波在地球上最坚硬的固体——钻石内传播速度的两倍。

各种波，比如声波、光波，都是能量从一个地点传向另一个地点过程中在空间中的振动形式。爱因斯坦的相对论认为，任何能量波传播的速度极限值和光线的速度一样，大约是每秒30万公里。

这份由伦敦大学玛丽王后学院（Queen Mary University of London）、剑桥大学和波兰高压物理研究所（Institute for High Pressure Physics）合作完成的研究认为，声波速度的上限取决于两个基础常数：精细结构常数，以及质子与电子的质量比。

这两个常数在核反应，比如质子衰变、恒星内部核聚变过程、恒星系统内宜居带的 探索 等诸多自然领域都起着重要的作用。这项研究发现这两个常数在材料科学、凝聚态物理学等领域也扮演着重要的角色，比如，它们限制着声波的上限。

研究人员用大量不同的材料进行实验，证实了他们认为声波的速度随着传播介质内原子质量的增加而下降的猜测。由此推测，声波在固态氢内传播速度应该是最快的。

要想让氢元素呈现固态，需要在百万倍的大气压下，气态巨星木星内部可能具有那样的环境。在那样的状态下，氢元素变成奇异的金属导体，就像铜一样。科学家认为那样状态的氢元素在室温下就具有超导的特性。

于是，研究人员使用量子力学进行计算，得到了声波在固态氢内接近理论极限值的传播速度。

剑桥大学材料科学教授皮卡德（Chris Pickard）说：“固体内的声波在很多领域都有着重要的意义。比如，来自地球深处地震的声波可用于研究地震以及地球内部的结构。材料科学家对它们也很感兴趣，因为声波与张力特性、抗压性都相关。”

其他信息：

剑桥大学 （英文：University of Cambridge；勋衔：Cantab）为一所坐落于英国剑桥市的研究型书院联邦制大学，是英国也是全世界最顶尖的大学之一。

补充材料：

剑桥大学学院、学部设置：

一、三十一个学院：基督学院、丘吉尔学院、卡莱尔学院、卡莱尔学堂、圣体学院、达尔文学院、唐宁学院、伊曼纽尔学院、菲茨威廉学院、格顿学院、冈维尔与凯斯学院、哈默顿学院、休斯大厅学堂、耶稣学院、国王学院、露西卡文迪什学院、麦格达伦学院、默里·爱德华兹学院（新大厅学堂）、纽纳姆学院、彭布罗克学院、彼得学院、女王学院、罗宾森学院、塞尔文学院、西德尼?苏塞克斯学院、圣凯瑟琳学院、圣埃德蒙学院、圣约翰学院、三一学院、三一大厅学堂、沃尔森学院。

二、除了三十一个学院外，剑桥大学现有超过100所科系和研究机构。这些科系和研究机构被组成六个主要的学部，每个学部由多个学术相关的科系和研究机构组成。

1、艺术与人文学部：

建筑系、艺术史系、东亚学系、中东研究系、古典考古学博物馆、神学系、英语系（盎格鲁 - 撒克逊，北欧和凯尔特）、现代和中世纪语言学系（法语、德语和荷兰语、意大利语、斯拉夫语、西班牙语和葡萄牙语、理论与应用语言学、现代希腊语、新拉丁语）、音乐系、哲学系、艺术，人文与社会科学研究中心、语言中心。

2、人文和社会科学：

人类，社会和政治科学系（考古学与人类学、政治和国际研究、社会学）、经济学院、教育学院、历史学院、科学史与哲学科学系、法律系、犯罪学研究系、土地经济系。

3、生物科学学部：

生物学系（生物化学、家庭中心研究、遗传学、病理、药理、生理学，发展和神经科学、植物科学、心理学、动物学）、兽医系。

4、物理科学学部：

地球科学与地理学系（地球科学、地理学）、数学系（应用数学和理论物理、纯数学与数理统计）、物理与化学系（天文学、化学、材料科学与冶金、物理学）、艾萨克牛顿数学科学研究所。

5、临床医学学部：

临床生物化学系（代谢研究实验室）、临床神经科学系（大脑修复中心、神经学、神经外科、沃夫森脑成像中心）、血液学系（输血医学）、遗传学系、药学系（麻醉学、临床药理学、肾内科）、妇产科系、肿瘤系、儿科系、精神病学（大脑映射、发育精神病学）、公共卫生与基础医疗、放射系、手术系、医学研究所。

6、技术学部：

工程系（能源，流体力学和透平机械、电气工程、力学，材料和设计、土木工程、制造和管理、信息化工程）、商业与管理系（贾吉商学院）、计算机科学与技术系（计算机实验室）、化学工程与生物技术系。