과학자들은 음속의 상한선을 찾습니다

과학자들은 음속의 상한선을 찾습니다

런던의 퀸 및 메리 대학, 케임브리지 대학, 트로이츠크의 고압물리학 연구소와의 공동 연구에 의해서 음속이 가능한 한 빠르다는 것을 알았습니다. 그 결과 초속 약 36킬로미터라고 하는 것은 세계에서 가장 알려진 물질인 다이아몬드 음속의 약 두 배 속도입니다. 음파나 광파 등의 파도는 에너지를 어떤 장소에서 다른 곳으로 이동시키는 장애입니다. 음파는 공기나 물 등의 다른 매체를 통과해 무엇을 통과하느냐에 따라 다른 속도로 이동합니다. 예를 들어 고체 속을 액체나 기체보다 빠르게 이동하기 때문에 열차가 다가오는 소리는 공기보다 더 빨리 들립니다. 아인슈타인의 특수상대성이론은 빛의 속도인 파도가 이동할 수 있는 절대속도를 설정하여 초당 약 30만km에 해당합니다. 하지만 음파도 고체나 액체 속으로 나아갈 때, 상한 속도가 있는지는 지금까지 알려지지 않았습니다. Science Advances지에 발표된 이 연구에 따르면 음속의 상한선을 예측하는 것은 미세구조상수와 양성자 대 전자질량비라는 2차원이 없는 기본상수에 의존하고 있습니다. 이 2가지 숫자는 우주를 이해하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 이 미세 조정된 값이 별에서의 프로톤 붕괴나 핵 합성 등의 핵반응을 지배하며, 이 2가지 수치의 균형이 별이나 행성이 형성되어 생명을 지탱하는 분자구조가 나타나는 좁은 거주가능 영역을 제공하고 있습니다. 그러나 이 2개의 기본 정수는 음속 등 특정 물질 특성에 제한을 설정함으로써 재료 과학이나 응축물 물리학 등 다른 과학 분야에도 영향을 줄 수 있음을 새로운 발견은 시사하고 있습니다. 과학자들은 광범위한 물질에 대해 이론적인 예측을 테스트하여 음속은 원자의 질량과 함께 저하되어야 한다는 이론의 구체적인 예측에 힘을 썼습니다. 이 예측은 소리가 원자 상 수소 중 가장 빠르다는 것을 의미하지만, 수소는 목성 같은 거대 가스로의 핵에 필적하는 100만 기압이 넘는 초고압 원자고체에 불과합니다. 이러한 압력에서 수소는 구리와 마찬가지로 매혹적인 금속 고체 전도체가 되어 실온 초전도체로 예측됩니다. 따라서 연구자들은 이러한 예측을 검증하기 위해 최첨단 양자역학적 계산을 실시하여 고체 원자수소 중의 음속이 이론적인 기본 한계에 가깝다는 것을 발견했습니다. 케임브리지 대학 재료과학부의 크리스 및 피카드 교수는 다음과 같이 말합니다. 고체 음파는 많은 과학 분야에서 이미 매우 중요합니다. 예를 들어 지진학자는 지구 내부 깊숙이 있는 지진에 의해 야기된 음파를 이용하여 지진 현상의 성질이나 지구 구성의 성질을 이해하고 있습니다. 음파는 스트레스에 견디는 능력 등 중요한 탄성 특성에 관계하기 때문에 재료 과학자에게도 관심이 많습니다.