Vybrané články
z týdeníku The Economist

Maximální Mach

Nejnovější poznatky boří domněnku, že zvuk (na rozdíl od světla) nemá maximální rychlost.

Maximální Mach
ilustrační foto | Profimedia.cz

Když dojde na kosmické rychlosti, veškerou pozornost na sebe strhává světlo. Jeho rychlost ve vakuu, jen malinko pod 300 miliony metry za sekundu, představuje horní hranici toho, jak rychle dokáže cokoliv ve vesmíru cestovat. Jeho hodnota, fyziky označovaná jako „c“, je vetkaná do přediva reality jakožto základní fyzikální konstanta.

Rychlost zvuku naproti tomu žádnou zjevnou horní hranici nemá. Vždy se předpokládalo, že stačí najít správný materiál, a budete moct nechat zvuk cestovat libovolně rychle – pokud nepřekonáte rychlost světla. 

Kostya Trachenko z londýnské Queen Mary University to zpochybňuje – alespoň pokud zmíněný zvuk cestuje kapalinou nebo pevnou látkou. Podle jeho názoru má v takovém případě i zvuk maximální možnou rychlost. Ta je podle něj navíc také vetkaná do přediva reality, neboť se skládá výhradně ze základních fyzikálních konstant. Ve studii, kterou právě zveřejnil časopis Science Advance, vysvětluje proč. 

Rozkmitaný vodík

Zvuk cestuje tak, že rozvibrovává okolní předměty. V pevných látkách a kapalinách – fyzikové je společně nazývají kondenzovanými stavy látek – jsou k sobě molekuly pevně připoutané. Když se jedna pohne, její soused ji následuje, a tak zvuková vlna cestuje. Trachenko s kolegy vypočítali, že rychlost zvuku v kondenzované látce vykazuje jednoduchý trend, samozřejmě s odchylkami způsobenými vlastnostmi, jako jsou hustota nebo velikost vazebné energie. Čím lehčí rozvibrovaná částice je, tím rychleji se zvuk přenáší. Zvuk by podle jejich predikce měl tím pádem nejrychleji cestovat pevnou látkou složenou z nejlehčích atomů: vodíku.

Vodík se bohužel vyskytuje především v plynném skupenství a je nechvalně známý tím, že je velice obtížně jej stlačit do skupenství pevného, proto je nesmírně těžké změřit v  této jeho podobě rychlost zvuku. Trachenkovy analýzy předpovídají, že pokud bude takového stavu jednou dosaženo, získáme výsledek okolo 36 tisíc metrů za vteřinu. Pokud by byla tato predikce jeho teorie úspěšně testovaná, dosáhli bychom na dvojnásobek rekordní hodnoty pro zvukové vlny v kondenzované látce, kterou drží diamant, tj. krystalický uhlík. Částečně je Trachenkova práce zajímavá i proto, jak k této hodnotě dospěl. Jeho vzorec stojí na pouhých čtyřech základních fyzikálních konstantách. Jednou je c. Kromě něj se pak jedná o hmotnost elektronu, hmotnost protonu a cosi, co se nazývá konstantou jemné struktury. Poslední hodnota je parametr z kvantové teorie, odvětví fyziky, jež popisuje nejmenší vesmír v jeho nejmenším měřítku.

Rychlost neutronové hvězdy

Trachenkovy závěry se netýkají nekondenzovaných látek – jmenovitě plynů ve stavu plazmatu, v němž se elektrony oddělují od mateřských atomů. V plynech se rychlost zvuku s narůstající teplotou zvyšuje, takže je možné, že nově popsané rychlostní maximum může být ještě překonáno, pokud bude plyn dostatečně zahřátý. Pro to by bylo nicméně zapotřebí dosáhnout teploty vyšší než milion stupňů a taková teplota by plyn změnila v plazma. O fyzikální akustice plazmatu toho víme jen málo, jaké rychlosti by v takovém prostředí mohl zvuk dosáhnout, se můžeme jen dohadovat. 

Dalším místem, kde bychom mohli hledat zvuk cestující supersonickou rychlostí, by byla forma hmoty, v níž slovo „kondenzovaný“ dokáže jen stěží popsat situaci. Neutronové hvězdy, jež jak jejich název napovídá, tvoří téměř výhradně tyto elementární částice, jsou vyjma černých děr objekty s největší známou hustotou. Tato hustota by mohla překonat Trachenkův nový limit. Pokud by toto někdo dokázal zjistit, Nobelova cena by jej neminula.

© 2020 The Economist Newspaper Limited
All rights reserved. Publikováno na základě licence s The Economist, přeloženo týdeníkem Hrot.
Originální článek v angličtině najdete na www.economist.com.

Článek vyšel v tištěném vydání týdeníku Hrot. Předplatit si ho můžete ZDE.

 

Týdeník hrot

  • Budoucnost robotických šílenců
  • Stát jako hoteliér
Objednat nyní