36 chilometri al secondo. È questa la velocità massima a cui un’onda sonora, in teoria, può viaggiare. Almeno secondo i ricercatori di una collaborazione anglo-russa, che mettono nero su bianco sulla rivista Science Advances le equazioni che ne hanno permesso il calcolo. Anche nel miglior mezzo di propagazione possibile, il suono non può andare più veloce di così.
Come viaggia il suono?
Diamo un paio di nozioni di fisica essenziali. Il suono è un’onda meccanica. Si propaga attraverso un mezzo, attraverso la materia: l’energia si trasferisce alle molecole, che si muovono e si urtano perpetuando il trasferimento. A determinare la velocità con cui le vibrazioni si propagano sono le caratteristiche del mezzo: il suono viaggia più veloce nei solidi, più lento nei liquidi e ancora più lento nei gas.
Il limite superiore di velocità del suono
Ma secondo Kostya Trachenko della Queen Mary University di Londra e i suoi colleghi c’è un modo per calcolare il limite superiore di velocità del suono, il valore oltre il quale non può andare. Basta usare due costanti fondamentali: la costante di struttura fine e quella del rapporto di massa protone-elettrone. Da una loro semplice combinazione – scrivono gli autori del lavoro – si ottiene “un’altra quantità adimensionale che ha un’implicazione inaspettata e specifica per una proprietà chiave delle fasi condensate: la velocità con cui le onde viaggiano nei solidi e liquidi, o velocità del suono”. Il valore ottenuto è stato, appunto, 36 chilometri al secondo, due volte quello che il suono può raggiungere in un diamante, cioè il solido più rigido che conosciamo.
Mezzo per mezzo
Per confermare la validità dell’equazione, i ricercatori hanno anche misurato sperimentalmente la velocità del suono in diversi materiali: misurazioni e previsioni, dicono, sono coerenti.
La velocità del suono dovrebbe così essere influenzata anche dalle dimensioni degli atomi del mezzo in cui si propaga. Pertanto il miglior mezzo dovrebbe essere l’idrogeno solido, un materiale che può esistere solo a pressioni un milione di volte superiori a quella dell’atmosfera terrestre, nelle stelle per esempio. Ottenere una conferma sperimentale è più che improbabile, ma se si usano stime teoriche sulle proprietà dell’idrogeno solido, il calcolo si avvicina proprio al limite superiore di velocità restituito dalla nuova equazione.
Uno strumento prezioso
Il calcolo del limite superiore della velocità del suono non è un esercizio fine a se stesso, ma potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio il nostro pianeta (le onde sonore sono già utilizzate per studiare l’interno della Terra e i terremoti, per esempio) e l’Universo. “Riteniamo che i risultati di questo studio”, ha concluso Trachenko, “potrebbero avere ulteriori applicazioni scientifiche aiutandoci a trovare e comprendere i limiti di diverse proprietà come la viscosità e la conduttività termica rilevanti per la superconduttività ad alta temperatura, il plasma di quark-gluoni e persino la fisica dei buchi neri“.
Via: Wired.it
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