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「毎秒約36 km」音速を最大速度で伝える個体

音の速度は「マッハ」で表され、秒速340mで伝達します。しかしそれは、あくまで気温15度の空気中の速度の話。映画「スタンドバイミー」で、線路に耳を付けて列車の到来が近い事を見抜いたのは、音速が気体や液体を通るよりも、実は個体を媒介に進む方がはるかに速いからです。
では、一体どんな個体を媒介にするのが最速なのか。現在科学が論理的に導き出した音速の最高速度、そしてその個体名をご紹介いたします。

A research collaboration between Queen Mary University of London, the University of Cambridge and the Institute for High Pressure Physics in Troitsk has discovered the fastest possible speed of sound.

参照元：https://www.qmul.ac.uk/media/news/2020/se/scientists-find-upper-limit-for-the-speed-of-sound.html

ロンドンのクイーンメアリー大学、ケンブリッジ大学、トロイツクの高圧物理学研究所の間の共同研究により、可能な限り最速の音速が発見されました。

その結果、毎秒約36 kmは、世界で最も硬い既知の材料であるダイヤモンドの音速の約2倍の速さです。

音波や光波などの波は、エネルギーをある場所から別の場所に移動させる外乱です。

音波は、空気や水などのさまざまな媒体を伝わり、伝わるものに応じてさまざまな速度で移動します。

たとえば、液体や気体よりも固体の方がはるかに速く移動します。

そのため、空中ではなく線路を伝播する音を聞くと、列車の接近をはるかに速く聞くことができます。

アインシュタインの特殊相対性理論は、波が進むことができる絶対速度限界を設定します。

これは光速であり、毎秒約300,000kmに相当します。

しかし、これまで、音波が固体または液体を通過するときに速度の上限があるかどうかは不明でした。

ジャーナルScienceAdvancesに掲載されたこの研究は、音速の上限の予測が、微細構造定数とプロトン対電子の質量比という2つの無次元の基本定数に依存していることを示しています。

これらの2つの数字は、私たちの宇宙を理解する上で重要な役割を果たすことがすでに知られています。

それらの微調整された値は、陽子崩壊や星の核合成などの核反応を支配し、2つの数値のバランスにより、星や惑星が形成され、生命を支える分子構造が出現する狭い「ハビタブルゾーン」が提供されます。

ただし、新しい発見は、これら2つの基本定数が、音速などの特定の材料特性に制限を設定することにより、材料科学や物性物理学などの他の科学分野にも影響を与える可能性があることを示唆しています。

科学者たちは、さまざまな材料で理論的予測をテストし、音速は原子の質量とともに減少するはずであるという理論の1つの特定の予測に取り組みました。

この予測は、音が固体の原子状水素の中で最も速いことを意味します。

しかし、水素は100万気圧を超える非常に高い圧力でのみ原子固体であり、木星のような巨大ガスのコアの圧力に匹敵します。

これらの圧力では、水素は銅と同じように電気を通す魅力的な金属固体になり、室温超伝導体になると予測されています。

したがって、研究者はこの予測をテストするために最先端の量子力学的計算を実行し、固体原子水素の音速が理論上の基本限界に近いことを発見しました。

ケンブリッジ大学の材料科学教授であるクリス・ピカード教授は話します。

「イベントと地球組成の特性。音波は応力に抵抗する能力を含む重要な弾性特性に関連しているため、材料科学者にとっても興味深いものです。」

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