中學(xué)物理告訴我們，音速并不是一個(gè)確定的數(shù)值，因不同的介質(zhì)和條件而變化。空氣中的音速在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃的條件下約為340m/s。而在固體中，聲音的傳播速度就要遠(yuǎn)大于空氣中和液體中。

例如，鐵棒中的音速在20℃條件下可達(dá)到約5130m/s。這就是為什么一列火車從遠(yuǎn)處駛來，我們會(huì)先聽到鐵軌的震動(dòng)聲，然后再聽到火車的鳴笛聲。

通常來說，聲音在固體中的傳播速度又與介質(zhì)的剛度和密度相關(guān)?？梢哉f，材料越“硬”，音速往往會(huì)越快。

那么，音速最快可以達(dá)到多少呢？10月9日發(fā)表在《科學(xué)-進(jìn)展》（Science Advances）上的一篇論文給出的數(shù)字是36100m/s。這比最硬的天然物質(zhì)——金剛石中的音速將近快上一倍！

聲波本質(zhì)上是一種能量在介質(zhì)中的傳輸形式。愛因斯坦的狹義相對(duì)論給波的傳播設(shè)定了絕對(duì)的速度極限，即真空光速，約為每秒30萬公里。然而，科學(xué)家們此前并不知道聲波在固體中傳播時(shí)是否也有一個(gè)速度上限。

來自英國(guó)倫敦瑪麗女王大學(xué)、劍橋大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們?cè)谡撐闹兄赋?，音速的上限取決于兩個(gè)無量綱基本常數(shù)：精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)與質(zhì)子電子質(zhì)量比。

所謂無量綱數(shù)，是一個(gè)單純的數(shù)字，沒有諸如長(zhǎng)度、時(shí)間等單位。我們比較熟悉的無量綱數(shù)包括圓周率π、自然常數(shù)e等。精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)α就是這樣一個(gè)無量綱數(shù)，指的是電子在第一玻爾軌道上的運(yùn)動(dòng)速度和真空光速的比值。質(zhì)子電子質(zhì)量比更為直觀，即質(zhì)子和電子的質(zhì)量比值。

這兩個(gè)無量綱數(shù)精細(xì)地控制著恒星內(nèi)部的核合成、重元素起源和質(zhì)子衰變等過程，兩個(gè)數(shù)字共同決定了恒星和行星只能在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)形成可以支持生命活動(dòng)的分子結(jié)構(gòu)。而在論文中，作者們提出了一個(gè)新的視角：這兩個(gè)數(shù)字同樣影響著材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理。將兩者結(jié)合可以得出一個(gè)新的無量綱數(shù)：凝聚相中的音速與真空光速的比值。

從而，他們對(duì)凝聚相中的音速提出了上限，計(jì)算結(jié)果約為36100m/s。

那么，我們到底在什么樣的凝聚態(tài)材料上才可以找到這種極限音速呢？科學(xué)家們?cè)谝幌盗胁牧仙线M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，進(jìn)一步提出了更為具體的預(yù)測(cè)：音速會(huì)隨著材料原子質(zhì)量的增加而變慢。這意味著，極限音速會(huì)出現(xiàn)在質(zhì)量最小的原子——?dú)湓又小?/p>

不過，我們熟悉的氫原子都是以氫氣的形態(tài)出現(xiàn)的，要把它們“壓”成固體，起碼需要250Gpa，超過100萬倍大氣壓。在如此的高壓下，氫變身為一種金屬固體導(dǎo)電體，就像銅一樣?？茖W(xué)家們還預(yù)言，它會(huì)是一種室溫超導(dǎo)體。

用量子力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算模擬后，研究人員發(fā)現(xiàn)固體氫中的音速確實(shí)接近前面提出的上限。