Sesin hız sınırı en çok kaç olabilir? Ses hızı değişebilir mi?

Fizik kuralları sese yeni bir hız limiti koyuyor. Ses hızı değişebilir mi? Hızın sınırı ne? Sesin hız sınırı en çok kaç olabilir?

Sesin hız sınırı en çok kaç olabilir? Ses hızı değişebilir mi?

Sesin bir “hız sınırı” olduğu zaten biliniyordu. Şimdi fizikçiler, bu konuda net bir rakam vererek ses dalgalarının “normal şartlar altında” saniyede yaklaşık 36 kilometreden daha hızlı hareket edemeyeceğini öne sürüyor.

Bununla birlikte sesin, farklı malzemelerde farklı hızlarda ilerlediği de biliniyor. Örneğin suda havadan daha hızlı hareket ediyor. Ancak gezegenimizdeki hiçbir doğal koşul, belirtilen nihai sınırı aşabilecek ses dalgalarına elverişli ortam yaratamıyor.

Bu hesaplamayı yapan takımın mantığı, iyi bilinen fizik denklemler ile matematiksel ilişkilere dayanıyor. Hız sınırı denklemi, kozmosu yöneten temel sabit ve özel sayılardan kaynaklanıyor. Bu tip bir değer, mesela ışık hızı, evrenin nihai hız sınırını belirli- yor ve hiçbir şey bundan daha hızlı gidemiyor.

İnce yapı sabiti olarak bilinen bir diğeri ise elektrik yüklü parçacıkların birbirini itip çektiği kuvveti belirliyor. Başka bir sabitle (proton ve elektron kütlelerinin oranı) birleştirildiğinde ise bu sayılar sesin hız sınırını veriyor.

Atom veya moleküllerin titreşimlerinden oluşan ses dalgaları, bir parçacık diğerini sarsarken bir malzeme- nin içinden geçiyor. Dalganın hızı ise malzemeyi bir arada tutan kimyasal bağların türleri ve atomlarının ne kadar büyük olduğu gibi çeşitli faktörlere bağlı.

Ses hızı sınırını aşacak

Queen Mary University of London’dan yoğun madde fizikçisi Kostya Trachenko ve meslektaşları, çeşitli sıvı ve katılarda önceden ölçülen ses hızlarının hiçbirinin, önerilen sınırı aşamadığını buldu. Elmasta ölçülen en yüksek hız bile, teorik maksimumun yalnızca yaklaşık yarısı kadardı.

Söz konusu sınır, yalnızca Dünya’daki basınçlardaki katı ve sıvılar için geçerli. Dünya atmosferinin milyonlarca katı bir basınç altında, ses dalgaları daha hızlı hareket edip bu sınırı aşabilir. Bir başka deyişle, yüksek ses hızına sahip olması beklenen bir malzeme, ancak bu kadar yüksek basınçlarda bulunabilir: Mesela katı metale dönüşecek kadar sert sıkıştırılmış hidrojen.

Bu metal hiçbir zaman tam olarak yaratılamadı, bu nedenle araştırmacılar bir ölçüm yapmak yerine beklenen hızı hesapladı. Bu hesaplamalar, Dünya’daki atmosfer basıncının yaklaşık 6 milyon katının üzerinde, ses hızı sınırının aşılacağını gösteriyor.

Temel sabitlerin, sesin maksimum hızındaki rolü, dalgaların malzemeler arasında nasıl hareket ettiğinden kaynaklanıyor. Ses, ince yapı sabitinin devreye girdiği komşu atom elektronlarının elektromanyetik etkileşimleri sayesinde hareket ediyor. Ve proton elektron kütle oranı önemli çünkü elektronlar etkileşime girse de sonuçta atomların çekirdekleri hareket ediyor.

Bununla beraber ince yapı sabiti ve proton-elektron kütle oranı boyutsuz sabitler olarak biliniyor, yani bunlara bağlı birim yok. Bu nedenle de değerleri belirli bir birim sistemine bağlı değil. Bu tür boyutsuz sabitler fizikçileri büyülüyor. Çünkü değerler, bildiğimiz haliyle evrenin varlığı için çok önemli. Örneğin, ince yapı sabiti önemli ölçüde değiştirilmiş olsaydı yıldızlar, gezegenler ve yaşam oluşamayacaktı.

Ancak bunların, sahip oldukları bu değerlere niçin sahip olduğunu da kimse açıklayamıyor.

Trachenko, “Uykusuz gecelerimde bazen bunu düşünüyorum,” diyor. O ve meslektaşları bu bulmacayı, kozmik alemden ses hızı gibi daha spesifik kavramlara doğru genişletiyor. Trachenko ve Rusya’nın Troitsk kentindeki Yüksek Basınç Fiziği Enstitüsü’nden Vadim Veniaminovich Brazhkin, 24 Nisan tarihli Science Advances’te sıvılar için minimum olası viskoziteye dair bir bulgu yayımladı.

Bu viskozite sınırı, kuantum mekaniğinin kalbindeki bir sayı olan Planck sabitine, yani çok küçük ölçeklerdeki fiziği yöneten matematiğe bağlı. Trachenko, “Eğer Planck sabiti 100 kat daha büyük olsaydı su bal gibi olurdu ve bu muhtemelen hayatın sonu olurdu,” diyor. “Çünkü hücrelerdeki süreçler o kadar verimli işleyemezdi.” (Kaynak: https://www.sciencenews.org/article/ sound-new-speed-limit-physics-fundamental-constants-earth)

Ayrıca bakınız

• Süpersonik nedir? İlk sonik patlamayı kim buldu?