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SpanishWissenschaftler haben die maximal mögliche Schallgeschwindigkeit festgelegt
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern hat eine Obergrenze für die Schallgeschwindigkeit festgelegt, die bei etwa 36 Kilometern pro Sekunde liegt. Bisher wurde die höchste Schallgeschwindigkeit in einem Diamanten gemessen und betrug nur etwa die Hälfte des angegebenen Maximums.
Schallwellen können verschiedene Medien, wie Luft oder Wasser, durchdringen. Je nachdem, was sie durchqueren, bewegen sie sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Sie bewegen sich beispielsweise viel schneller durch Festkörper als durch Flüssigkeiten oder Gase, so dass ein entgegenkommender Zug früher gehört werden kann, wenn man dem Schall lauscht, der sich entlang der Strecke und nicht in der Luft ausbreitet.
Die spezielle Relativitätstheorie von Albert Einstein setzt der Geschwindigkeit, mit der sich eine Welle ausbreiten kann, eine absolute Grenze, nämlich die Lichtgeschwindigkeit, die etwa 300.000 km pro Sekunde beträgt. Bislang ist jedoch nicht bekannt, ob Schallwellen auch bei der Durchquerung von Festkörpern oder Flüssigkeiten eine obere Geschwindigkeitsgrenze haben. Bis jetzt. Wissenschaftler der Queen Mary University of London, der Universität Cambridge und des Instituts für Hochdruckphysik in Troiksk, Russland, haben festgestellt, dass die Schallgeschwindigkeit von zwei dimensionslosen Fundamentalkonstanten abhängt: der feinstofflichen Strukturkonstante und dem Verhältnis von Protonenmasse zu Elektron.Die Ergebnisse ihrer Arbeit sind in der Zeitschrift "Science Advances" veröffentlicht worden. (Bild Quelle: Pixelbay)
Schallgeschwindigkeit
Kostya Trachenko von der Queen Mary University in London und seine Kollegen begannen ihre Forschung mit zwei bekannten physikalischen Konstanten: dem Verhältnis von Protonenmasse zu Elektronenmasse und der feinstofflichen Strukturkonstante, die die Kraft der Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen charakterisiert. Laut Trachenko haben wir eine ziemlich gute Vorstellung von diesen Werten. Hätte man sie zumindest ein wenig verändert, würde das Universum nicht so aussehen, wie es aussieht. - Wenn wir diese Konstanten um ein paar Prozent ändern, ist das Proton möglicherweise nicht mehr stabil, und sogar die Prozesse in Sternen könnten aufhören, was zur Synthese schwerer Elemente führen würde, so dass es keinen Kohlenstoff und kein Leben mehr gäbe", sagt Trachenko.
Diese beiden Konstanten spielen eine wichtige Rolle für das Verständnis unseres Universums. Ihre fein abgestimmten Werte regeln Kernreaktionen wie den Protonenzerfall und die Kernfusion in Sternen, und das Gleichgewicht zwischen ihnen sichert die Existenz einer Ökosphäre, d.h. eines Ortes um die Sterne herum, an dem die Planeten die richtigen Bedingungen haben, um Leben zu erhalten.Neue Entdeckungen deuten jedoch darauf hin, dass diese beiden fundamentalen Konstanten auch andere Bereiche der Wissenschaft, wie die Materialwissenschaft und die Physik der kondensierten Materie, beeinflussen können, indem sie spezifische Grenzen für Materialeigenschaften, wie z.B. die Schallgeschwindigkeit, festlegen.
Diese Konstanten beherrschen den Kosmos, und auf ihnen ist die Schallgeschwindigkeit begrenzt. Die Lichtgeschwindigkeit bestimmt die endgültige Geschwindigkeitsbegrenzung im Universum. Eine subtile Strukturkonstante bestimmt die Kraft, mit der elektrisch geladene Teilchen miteinander wechselwirken. In Kombination mit einer weiteren Konstanten - dem Verhältnis von Protonen- und Elektronenmassen - ergeben diese Zahlen die Schallgeschwindigkeitsgrenze.
Maximale Geschwindigkeit des Schalls
Schall ist eine Welle, die sich ausbreitet und dabei benachbarte Teilchen miteinander in Wechselwirkung bringt, so dass ihre Geschwindigkeit von der Dichte des Materials und der Art und Weise, wie die Atome darin verbunden sind, abhängt. Trachenko und seine Kollegen haben sich diese Tatsache zunutze gemacht und zusammen mit dem Verhältnis der Masse des Protons zum Elektron und der Konstante der feinstofflichen Struktur die maximale Geschwindigkeit berechnet, mit der sich ein Schall theoretisch in jeder Flüssigkeit oder jedem Festkörper bewegen könnte: etwa 36 Kilometer pro Sekunde. - Es wurde allgemein angenommen, dass der Schall in einem Diamanten die höchste Geschwindigkeit erreicht, weil er das härteste Material ist, aber wir wussten nicht, ob es theoretisch grundlegende Beschränkungen für die Geschwindigkeit gibt, mit der sich ein Schall bewegen kann", sagt Trachenko.