Výsledek – přibližně 36 km za sekundu – je přibližně dvakrát rychlejší než rychlost zvuku v diamantu, nejtvrdším známém materiálu na světě.
Vlny, jako jsou zvukové nebo světelné vlny, jsou poruchy, které přesouvají energii z jednoho místa na druhé. Zvukové vlny mohou procházet různými prostředími, například vzduchem nebo vodou, a pohybují se různou rychlostí v závislosti na tom, čím procházejí. Například pevnými látkami se pohybují mnohem rychleji než kapalinami nebo plyny, což je důvod, proč jste schopni slyšet přijíždějící vlak mnohem rychleji, pokud posloucháte zvuk šířící se v kolejích, a ne vzduchem.
Einsteinova speciální teorie relativity stanovuje absolutní hranici rychlosti, kterou se vlna může pohybovat, což je rychlost světla a rovná se přibližně 300 000 km za sekundu. Dosud však nebylo známo, zda mají zvukové vlny také horní hranici rychlosti při průchodu pevnými látkami nebo kapalinami.
Studie publikovaná v časopise Science Advances ukazuje, že předpověď horní hranice rychlosti zvuku závisí na dvou bezrozměrných fundamentálních konstantách: konstantě jemné struktury a poměru hmotnosti protonů a elektronů.
O těchto dvou číslech je již známo, že hrají důležitou roli při pochopení našeho vesmíru. Jejich jemně vyladěné hodnoty řídí jaderné reakce, jako je rozpad protonů a jaderná syntéza ve hvězdách, a rovnováha mezi těmito dvěma čísly zajišťuje úzkou „obyvatelnou zónu“, kde mohou vznikat hvězdy a planety a kde mohou vznikat molekulární struktury podporující život. Nová zjištění však naznačují, že tyto dvě základní konstanty mohou ovlivnit i další vědní obory, jako je materiálová věda a fyzika kondenzovaných látek, a to stanovením limitů pro specifické vlastnosti materiálů, jako je rychlost zvuku.
Vědci testovali své teoretické předpovědi na široké škále materiálů a zabývali se jednou konkrétní předpovědí své teorie, že rychlost zvuku by měla klesat s hmotností atomu. Z této předpovědi vyplývá, že zvuk je nejrychlejší v pevném atomárním vodíku. Vodík je však atomární pevnou látkou pouze při velmi vysokém tlaku nad 1 milion atmosfér, což je tlak srovnatelný s tlakem v jádru plynných obrů, jako je Jupiter. Při těchto tlacích se vodík stává fascinující kovovou pevnou látkou, která vede elektřinu stejně jako měď, a podle předpovědí je supravodičem při pokojové teplotě. Vědci proto provedli nejmodernější kvantově mechanické výpočty, aby tuto předpověď ověřili, a zjistili, že rychlost zvuku v pevném atomárním vodíku se blíží teoretické základní hranici.
Profesor Chris Pickard, profesor materiálových věd na Cambridgeské univerzitě, řekl: „Zvukové vlny v pevných látkách jsou již dnes nesmírně důležité v mnoha vědních oborech. Například seismologové využívají zvukové vlny iniciované zemětřesením hluboko v zemském nitru k pochopení povahy seismických událostí a vlastností složení Země. Zajímají také materiálové vědce, protože zvukové vlny souvisejí s důležitými elastickými vlastnostmi včetně schopnosti odolávat napětí.“
.