光速是音速的多少倍,也就是光速可以达到每秒30万公里 。这个速度已经超过了宇宙飞船的速度,如果人类能够实现星际旅行,那么我们就可以到达银河系的任何何地方,甚至可以到达整个宇宙 。不过,这样的速度对于人类来说,还是太慢了,因为人类目前的科技水平还无法实现这样的速度 。那么,假如人类能够突破光速,会发生什么呢?一起来看看吧 。首先,我们要知道,光速是宇宙中最快的速度,也是宇宙中最快的速度 。
在这个宇宙中,没有什么可以比光的速度更快,这是爱因斯坦的相对论告诉我们的 。
我们都很熟悉这种说法,以至于说的时候经常忽略一个前提:真空 。在不同的介质中,光的传播速度是不同的 。只有在没有介质的真空之中,光才可以达到这个极限 。如果是在水中,光的速度无法达到这么快,在不透明固体中甚至无法传播 。
【1马赫是多少米每秒 光速是音速的多少倍】除了光速之外,我们还经常提到音速 。和光速相反的是,声音一般在固体中传播速度更快一些,在液体次之,空气中更慢,在没有介质的真空之中无法传播 。
二者的本质都是波,却有着截然相反的性质,这是因为它们属于不同的波:光属于电磁波,声属于机械波 。机械波必须依赖介质进行传播,而电磁波则不喜欢介质来阻碍自己前进 。我们可以粗略地理解为:随着介质刚性的增加,电磁波传播越困难,而机械波则更容易传播 。
真空就是电磁波速度的极限环境,因为我们可以说真空的刚性是0,不可能更小了 。而音速则不同,我们可以知道它的速度下限,那就是真空中的0 。我们也知道它在空气中(15℃)的传播速度,一般取340米每秒 。我们通常说的音速指的就是声音在地表大气中的传播速度,比如所谓的超音速,不过本文中我们不特指某个环境 。那么问题来了:音速是否有上限呢?
飞机超音速瞬间产生的音爆现象
既然音速在不同的介质中传播的速度不同,理论上来说,我们就必须测试音速在所有介质中的传播速度,然后取最快的一个 。显然,这是不可能的,因为我们也不知道宇宙中有多少种物质,它们有多少种状态 。因此,在很长一段时间里,声音的速度极限一直是困扰科学家们的难题 。
我们已经知道了声音在一些固体中的传播速度,比如在20℃的铁中,传播速度约为每秒5130米;在花岗岩中,声音的传播速度可达6000米每秒;在金刚石中,声音则可以获得极快的速度,大约是每秒18000米 。
这些数据对于科学家们来说非常重要,甚至成为了进行其他研究的参考 。在地震的时候,我们也可以利用这些数据研究地球的内部结构 。或者在太空之外,它可以帮助我们研究其他星球 。可是,如果有些物质不在地球上,我们该如何求出声音在其中的传播速度呢?
文章插图
虽然我们不可能将所有的物质都拿来一一测试,但是物理学的一些成果和基本数据,还是可以帮助我们从理论上推算出音速的上限 。来自伦敦玛丽皇后大学、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,声音的速度实际上取决于两个基本常数,一个是精细结构常数,一个是质子和电子的质量比 。
精细结构常数的来历说来话长,简单解释一下,它是一个无量纲常数,也就是说它没有任何物理单位,或者说物理单位就是1 。精细结构常数α=
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