声音在空气中传播的速度是多少 声速是怎么测算的

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波，如声波或光波，是将能量从一个地方移动到另一个地方的干扰现象。声波可以通过不同的介质，如空气或水，并以不同的速度传播。也就是说，声音的传播速度，取决于它们通过的介质是什么。

从中学物理课上我们就知道，声音在空气中的传播速度大约是 340 米 / 秒，而声音在固体中的传播则更快，比如在地球上已知的最坚硬的物质金刚石（钻石）中，声音的传播速度能够达到 18 千米 / 秒。

但是，一直以来科学家们并不知道，声波在固体或液体传播时，是否像光速一样也存在速度上限。

近日，伦敦玛丽皇后大学、剑桥大学和俄罗斯特洛伊茨克高压物理研究所的科学家们，发现了宇宙中声音可能的最快传播速度，即大约 36 千米 / 秒，相当于声音在金刚石中速度的两倍，空气中速度的 105 倍，约真空中光速的 8000 分之一。

这一研究结果，发表在《科学进展》杂志上。

波的速度极限

自从阿尔伯特・爱因斯坦 1905 年提出狭义相对论以来，任何一种波 —— 无论是电磁波（包括可见光）还是引力波 —— 在真空中传播的绝对速度极限就已经为人所知，大约等于 30 万千米 / 秒。

但声波又与光波有所不同，它是一种通过使相邻粒子相互作用而传播的波。所以声波的传播速度，取决于通过材料的密度以及内部原子的结合方式。

也就是说，一个物质的原子撑死了只能移动这么快，那么声音的速度，也就受到了这种物质原子移动速度的限制。

通常来说，声音在固体中的传播速度比液体快，而液体中的传播速度又比气体快。例如，声音在钢铁中传播的速度要比在水或空气中快得多，这就是为什么我们耳朵贴近铁轨，能更快听到火车靠近的声音。

为了寻找声波的理论最大传播速度，伦敦玛丽皇后大学的 Kostya Trachenko 和他的同事们从两个众所周知的物理常数开始：质子质量与电子质量的比值，以及表示带电粒子间相互作用强度的精细结构常数（物理学中一个重要的无量纲数，表示电子在第一玻尔轨道上的运动速度和真空中光速的比值）。

这两个数字在我们理解宇宙中起着重要的作用。它们巧妙且精确地控制着恒星中的质子衰变和核聚变等核反应。并且，这两个数字之间的平衡，提供了一个狭窄的 “宜居地带”，在这里，恒星和行星可以形成，支持生命的分子结构可以出现。

Trachenko 表示，我们对这些宇宙常熟已经有非常深入的了解，因为如果它们发生哪怕一点点的变化，宇宙就会完全不像现在这样。

“如果你把这些常数改变几个百分点，那么质子可能就不再稳定了，你甚至可能无法在恒星中进行合成重元素的过程，所以就不会有碳和生命了。”

而有趣的是，新的发现表明，这两个基本常数也可以通过限制特定的材料属性，如声速。

最大速度是如何计算出来的?

研究人员根据他们的理论预测，声波的传播速度，应该随着介质原子质量的增加而减小。

这一预测意味着，理论上存在于巨行星中心的固体金属氢，应该有最高的声速。然而，固态氢需要在 100 万倍大气压以上的条件下才能存在，这样的压力条件，堪比木星这样的气态巨星核心，在地球上根本不可能存在。

在这样的压力下，氢变成了一种迷人的金属固体，像铜一样导电，并且被预测为室温超导体。因此，研究人员通过最先进的量子力学计算来测试这一预测，并发现固体氢原子中的声速接近理论的基本极限，即 36100 米 / 秒。