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1 # 醉花音
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2 # 徐德文科學頻道
聲音的速度接近光速,這世界就不可能再存在。
聲音是聲源處的分子振動,帶動周圍的空氣分子振動,讓空氣交替產生壓縮和膨脹,逐漸向外傳播的。
聲波在空氣中的傳播速度是330米/秒,而光速是30萬公里/秒,由於光子沒有靜止質量,而空氣分子是由各種原子組成的,有著大大小小不等的質量,如果聲波的傳播速度接近光速,可想而知這些分子振動的能量要有多大才行,甚至可能直接摧毀這些分子。因為分子的振動反映了物質的溫度,聲波的速度都接近光速了,不知道會把周圍的空氣加熱到何等高的溫度,從而把它們變成炙熱的等離子泡以接近光速向四周膨脹,引發核聚變反應,摧毀途經的一切。乖乖!你說句話就有這麼大的殺傷力,你說可怕不可怕?
即使我們不考慮發生什麼聚變反應,假設這些分子經受得住如此快的振動速度,以光速向外傳播,這個世界仍然不可能再存在。我們知道,分子的主要質量集中在原子核裡的質子和中子上,前蘇聯曾有一位科學家布戈爾斯基被粒子加速器中接近光速的質子束穿過頭顱,按照他的說法,他彷彿看到了比1000個太陽還亮的強光。這個世界到處都是聲音,流水,海嘯,雷擊,風暴……而聲波是向四面八方傳播的,這就意味著這些比1000個太陽還亮的強光是呈一個光球形狀以近光速飛向四周的,將會在一瞬間引爆整個地球,世界依然不復存在!
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3 # 科學聯盟
先要搞清楚聲音的傳播機理,然後才能做假設。聲音的傳播不是靠場,而是靠介質的振動。這是機械波傳播唯一可以依賴的物理條件。換句話說,聲波的速度(相速度還是群速度需要做一下宣告,我在本回答裡所用的波速全都是群速度)是受到介質本身屬性限制的。簡單來說,聲速不可能太高,原因是介質自身的性質所決定的。考慮一般的彈性介質,那麼介質內傳播的聲波其速度平方等於楊氏模量除以介質密度。如果聲音速度是光速,那麼意味著楊氏模量十分巨大或者密度十分小,這裡的“十分”不是一千倍一萬倍的差距,而是幾百億倍的差距,這種介質哪怕有一點點的形變都會產生十分可怕的應力,由此可以推測介質內部的原子間相互作用就得異常的強烈,否則無法產生這麼大的應力。根據現代物理學,除非是高緻密天體才會有這麼強的相互作用,這種天體一般也只能是白矮星、中子星級的天體,其引力場強到可以將其表面的人徹底撕碎!這就是物理學家口中說的“義大利麵條”。此外,值得考慮的是,在這麼強的引力下,機械波還能不能產生。因為強引力導致粒子相互挨著,粒子的振動必定要受到量子力學和引力論雙重的影響,根據量子力學可知,機械波的量子化表現是聲子,聲子會和電子等其他粒子散射而導致一些我們難以想象的物理效應——比如書一些研究高能天體的學者認為中子星的電子-聲子散射導致中子星其實一個超導體。如果真的如此,那麼機械波的波動性將被聲子的粒子性完全替代!我們都不能用經典波動理論去考察問題了!
不僅是固體,即便是氣體、液體,其內部的聲速也不能太大。考慮理想氣體,理想氣體裡的聲速平方正比於溫度,如果聲速等於光速,那麼溫度將異常得高,以致於所有的物質都不能以凝聚態存在,而是以幾乎自由態粒子存在。此時要小心了,因為自由態的粒子之間的間距可能非常大以致於無法讓機械波傳播!按照定性分析,機械波要想能傳播,介質的粒子之間的最小間距必須要大於機械波的波長——縱波如此,橫波要求粒子以固態存在,氣體不存在橫波所以不考慮。因此當溫度高到一定程度,氣體粒子的平均自由程十分巨大,那麼機械波也就不存在了。
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如果聲音的速度接近光速,那將是一件非常可怕的事情,為什麼這樣這樣說,我們將聲音的本質與光的本質進行對比就知道了;在空氣中,聲音的傳播要依賴於介質,也就是空氣中的分子,當一個人在說話時,聲帶的振動帶動空氣分子做形式為縱波的運動,之後這些最初的分子依次帶動後面的分子以縱波的方式將動能傳遞下去;
1:此時分子的運動速度遠遠小於光速,但是由於分子質量小,所以分子的運動比我們平常所看到的速度要快。然後再來看看光的運動,光的本質是電磁波,即光源接受能量後,會產生交替變化的電場和磁場,電磁波分為橫電磁波,橫電波和橫磁波三種,但都是橫波,我們都知道電磁波沒有靜止質量,但是有能量;
這就意味著無論電磁波的運動速度有多快,它都不會像實物那樣會給人帶來動能上的衝擊,它的能量只會被人或物反射或者吸收。現在回到題主的問題上來,如果聲音的速度也像電磁波那樣快,也就是每秒30萬千米,由於空氣分子是來回振動,那麼在很小的一段距離內,空氣分子的運動速度就會接近光速。
雖然透過動能定理計算出來的空氣分子動能很小,但是我們每天都生活在充滿聲音的世界中,只要你能聽到聲音,就說明在你耳朵周圍有大量的分子在振動,然後用這些分子的總數去乘以那個分子的平均動能,這就意味著每時每刻在四面八方都會有強大的能量向你傳遞而來;所以是什麼後果一目瞭然。