¿Cuál es la velocidad del sonido? Tal vez tengas una respuesta en la mente, pero la verdad es que depende del medio por donde este se propague. En ese sentido, un equipo de investigadores ha descubierto cuál es la más rápida posible: aproximadamente 36 kilómetros por segundo. Esta es casi el doble que la velocidad del sonido en el diamante, el material más duro conocido en el mundo.
Los resultados fueron publicados en Science Advances.
Ondas de sonido
Las ondas, de forma general y elemental, son perturbaciones que mueven energía de un lugar a otro. Estas pueden darse en un espacio vacío, como las ondas de luz, o a través de un medio (gases, líquidos y sólidos), como las de sonido.
Las ondas de sonido, específicamente, pueden viajar a través de diferentes medios, como el aire o el agua. La velocidad con la que la onda viaje dependerá del medio por donde lo haga. Por ejemplo, las ondas de sonido se mueven mucho más rápido a través de sólidos que de gases o líquidos.
Imagina la siguiente situación. Estas cerca a las vías del tren y quieres averiguar, en el menor tiempo posible, si se acerca uno. Tal vez creas que la opción más conveniente es prestar atención al sonido que llega de su silbato a través del aire. Sin embargo, la mejor opción es acercar tus oídos a las vías del tren, ya que las ondas de sonido se propagan más rápido por los sólidos.
Ciertamente existe un límite para la velocidad a la que las ondas pueden viajar. Este es el caso de la velocidad de la luz, la cual tiene un límite establecido por la relatividad especial de Einstein de 300.000 kilómetros por segundo pero hasta ahora no se sabía si las ondas sonoras también tienen un límite de velocidad superior.
Calculando la velocidad máxima del sonido
En ese sentido, los investigadores mostraron que la predicción del límite superior de velocidad del sonido depende de dos constantes fundamentales adicionales: la constante de estructura fina y la relación de masa protón-electrón.
Con estos dos números, los científicos predijeron teóricamente una velocidad que posteriormente fue probada en una amplia gama de materiales. Así descubrieron que la velocidad del sonido debería disminuir con la masa del átomo. Es decir, a menor masa, mayor velocidad.
De lo anterior, se desprende que el sonido debería alcanzar su máxima velocidad en hidrógeno atómico sólido.
Es importante mencionar que el hidrógeno se convierte en sólido atómico solo a presiones muy altas, por encima del millón de atmósferas. Esta presión es comparable a la del núcleo de gigantes gaseosos como Júpiter.
Luego de probar su predicción, encontraron que la velocidad de sonido en hidrógeno atómico sólido está cerca del límite fundamental teórico: 36,1 kilómetros por segundo.
“Las ondas sonoras en sólidos ya son muy importantes en muchos campos científicos. Por ejemplo, los sismólogos usan ondas sonoras iniciadas por terremotos en las profundidades del interior de la Tierra para comprender la naturaleza de los fenómenos sísmicos eventos y las propiedades de la composición de la Tierra”, explicó Chris Pickard. “También son de interés para los científicos de materiales porque las ondas sonoras están relacionadas con importantes propiedades elásticas, incluida la capacidad de resistir el estrés”.