爱因斯坦的狭义相对论定义了波传播的绝对速率极限，那便是光速，它大约即是3×10⁸米/秒，没有任何东西能比光速更快。然而，对付声波来说，我们实在并不知道它在通过固体或液体时是否也存在一个速率上限。
最近，一个物理学家团队通过两个基本常数预测出，在正常情形下，声波的传播速率不能超过36千米/秒。这个极限大约是声波在空气中的传播速率（~340米/秒）的106倍旁边，它意味着在地球上自然存在的条件下，任何物质都不能承载超过这个极限的声波。研究结果被揭橥在了最近的《科学进展》杂志上。
这两个基本常数是风雅构造常数（α）和质子-电子质量比（ mp/me）。这是两个无量纲常数，没有单位的无量纲常数的数值不依赖于任何单位的选择。这样的常数常常令物理学家着迷，它们的数值对付我们所知的宇宙的存在至关主要。它们的数值仿佛被“风雅调节”过。然而，没人能阐明为什么这些主要的数字具有这样的值。
可以说，这两个基本常数掌握了恒星中的质子衰变和核合成等过程，这二者的平衡供应了一个狭窄的“宜居带”，在这里，恒星和行星可以形成，支持生命的分子构造能得以涌现。
而新的研究创造，这两个数字不仅对付我们理解宇宙有着重要意义，它们还可以影响到一些离我们的生活更加贴近的其他科学领域，比如材料科学和凝聚态物理学，扩展到一些更加普通的观点上，比如声速。物理学家创造，当这两个常数以精确的办法组合在一起时，就能从中推算出声速的极限。
声音的速率上限可以由两个无量纲常数（风雅构造常数、质子-电子质量比）给出。
声波是由原子或分子的振动构成的，当声波通过物质时，一个粒子与另一个粒子碰撞。在不同的物质中，声音会以不同的速率传播，比如它们在固体中传播的速率要比在液体或气体中快得多。声音的速率取决于很多成分，比如将物质结合在一起的化学键类型，以及原子的质量。
在声音的最大速率打算中，基本常数的浸染是由声波穿过物质的办法决定的。声音的传播依赖于相邻原子的电子的电磁相互浸染，这也正是风雅构造常数发挥浸染的地方；而质子-电子的质量比之以是主要，是由于只管电子在相互浸染，但原子核会因此而移动。
研究职员推算出的极限数值约即是36100米/秒，这个极限适用于在地球常见压力下的固体和液体。他们在许多材料上测试了这一理论预测，创造过去在任何液体和固体中所丈量的声速，都没有超过这一提出的理论极限。在此之前，声速的最大值是在钻石中测得的，它只有这一理论预测的一半旁边。
那么这一极限完备没有可能被打破吗？这一点与他们理论中的一个详细预测有关，即声速该当随着原子质量的增加而减小，这一预测意味着，声音在固体氢原子中的速率该当最快。这一点得到了他们所进行的各项测试的考验，但是对付“固态氢”中的声速，却只能通过打算而无法直接展开丈量。
当对氢施加百万倍于大气压的压力时，氢会被压缩成固体，在这样的情形下，有理论认为，氢会成为能导电的金属氢，并且有可能具有室温超导性。今年年初，一个法国物理学家团队创造了迄今为止能证明金属氢存在的最有力证据，但至今为止，这种金属至并没有被完备地令人信服地制造出来，因此在新的研究中，物理学家只能对金属氢中的声速进行打算，而无法展开任何丈量。
研究职员进行了量子力学打算，打算结果表明，固体氢原子中的声速靠近理论的基本极限，当压力超过地球大气压力的600万倍时，声速极限将被冲破。这意味着，在极高的压强下，声波的传播速率或容许以打破这个极限。
参考来源：
https://advances.sciencemag.org/content/6/41/eabc8662
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-10/qmuo-sfu100720.php
https://www.sciencenews.org/article/sound-new-speed-limit-physics-fundamental-constants-earth
封面图来源：geralt / Pixabay
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来源： 中科院高能所
