声音的传播速度（声音在三种介质中的传播速度）2020-10-10 20:04·徐德文科学频道

可能所有人都知道，真空中光速是30万公里/秒，这也是这个宇宙中所有速度的最高上限，再没有什么物质或信息的速度比这更快的了，我们也被这个速度牢牢禁锢在宇宙一隅，难以向更遥远的宇宙空间迈出小小的一步。

除了光之外，我们生活中经常遇到的另一个东西就是声音，可以迅速地从一个地方传向另外一个地方。不过声音的速度比起光速来就要逊远了，在空气中传播的速度大约是340米/秒，只有三分之一公里，是光速的百万分之一。

然而声音在各种介质中的传播速度是不同的，介质越硬，声音传播速度越快。比如在水中声音的传播速度约1500米 /秒，在铁中声音传播速度则超过5000米 /秒，目前测得最快的是在金刚石中的传播速度，约为18000米 /秒。

那么，声音传播速度究竟有没有极限，如果有，这个极限又是多少呢？

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一组科学家发现，固体和液体中声速的极限取决于两个基本常数，即精细结构常数和质子与电子的质量比。

这是由于声音通过介质时，会让介质的分子相互碰撞，从而在分子间传递能量。但这种能量传递会因为惯性而延迟，这意味着当粒子质量较小时，波的移动速度更快。另一方面，分子之间更强的连接，意味着更少的延迟，每个粒子在触发邻近粒子运动之前，可以移动较少的距离，这也是为什么声音在铁中比水中传播更快的原因。

研究人员因而根据决定这些因素的精细结构常数和质子与电子的质量比，重新构建了计算介质中声音速度的公式，发现声速应该随着原子质量增大而降低。在公式中插入相关数字后，科学家们得到了声速的上限略高于36000米/秒，是金刚石中声速的两倍。

为了检验这个公式是否正确，科学家们用它算出了声音在36种不同元素固体介质中的声速，并与实验测量值进行了比较。结果表明，虽然不是所有值都非常接近，但大体都遵循公式提供的斜线，而在这条斜线的上端，是在高于400GPa压力下形成的金属氢，声音传播速度高达35000米/秒，快于其它所有材料，和他们的预测基本相符。

看来声音速度的上限是36000米/秒，这个数值应该是较为准确的了，你记住了吗？ 以后可能要考的哦！

这项研究发表在10月9日《科学进展》杂志上。

参考：