اگر سرعت صوت به اندازه سرعت نور باشد چه اتفاقی می افتد؟

فرض کنید در هوای بارانی یک درخشش ناگهانی در آسمان ظاهر می شود. اما شما آن را چهار ثانیه بعد می شنوید. برخلاف نور که با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند، امواج صوتی کمی کند هستند و تنها با سرعت 0.3 کیلومتر در ثانیه حرکت می کنند. به همین دلیل ابتدا رعد و برق را می بینید و سپس صدای آن را می شنوید; اما اگر سرعت نور یک میلیون بار افزایش یابد یا به سرعت نور شود چه؟

امواج صوتی از ذراتی تشکیل شده اند که معمولاً با یکدیگر برخورد می کنند. بنابراین نواحی مختلفی با چگالی کم و زیاد در موج ایجاد می شود. به عنوان مثال، اسباب بازی فنری نازک را در نظر بگیرید. هنگامی که اسباب بازی حرکت می کند، فنر فشرده می شود و دوباره شتاب می گیرد. امواج صوتی عملکرد مشابهی دارند. تغییر در چگالی در سرعت های پایین قابل توجه نیست. اما با سرعت نور، داستان متفاوت خواهد بود. جورج گولینیک استاد فیزیک در دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign می گوید.

چه اتفاقی می افتد اگر در هوای بسیار مرطوب و در هنگام رعد و برق، امواج صوتی خیلی سریع به شما برسد و سپس به سرعت توسعه یابد و فشار به طور قابل توجهی کاهش یابد؟ از آنجایی که فشار متناسب با دما است، افت ناگهانی فشار هوا پس از غرش در آسمان باعث یخ زدن هوای مرطوب می شود. در نتیجه، رعد و برق را در مه غلیظی از کریستال های یخ مشاهده خواهید کرد.

سرعت بسیار بالای صوت می تواند صدای جهان را به کلی تغییر دهد. در چنین شرایطی صداها بسیار عجیب به نظر می رسند. به عنوان مثال، زمانی که شما صحبت می کنید، تارهای صوتی در فرکانس های مختلف نوسان می کنند و امواج صوتی تولید می کنند که به حنجره یا تارهای صوتی منتقل می شود. در حنجره این امواج، فرکانس ها با هم ترکیب می شوند و امواج بزرگتری تولید می کنند و در نتیجه صدای بلندتری ایجاد می شود.

با این حال، همه فرکانس های ترکیبی یکسان نیستند. برخی از آنها کاملاً هماهنگ هستند. در حالی که دیگران با یکدیگر تداخل می کنند و صداهای کمتری تولید می کنند. اگر صدا در هوا سریعتر حرکت کند، نحوه ترکیب امواج نیز متفاوت خواهد بود و صداهای بسیار کمتر و کمتری تولید می شود. فرکانس در امواج صوتی مترادف با گام است. در نتیجه ممکن است صداهای بسیار عجیبی بشنوید.

برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید صدای شما پس از یک نفس عمیق از یک بالون هلیومی تغییر می کند. درست مثل میکی موس این به این دلیل است که سرعت امواج صوتی در هلیوم سه برابر می شود، با این تفاوت که ما در مورد سرعت های صوتی یک میلیون بار سریعتر صحبت می کنیم.

اگر سرعت صدا به طور ناگهانی افزایش یابد، می تواند یک ارکستر موسیقی را از بین ببرد. هنگامی که صدا در فضای خالی ساز بادی یا شیپور نوسان می کند، موجی ایستاده تولید می کند. این امواج ایستاده مانند طناب‌های سنگینی عمل می‌کنند که به دیواره‌های چماق متصل شده‌اند، و وقتی کسی آن‌ها را با سرعت کافی تکان می‌دهد، امواج بدون توجه در طول طناب نوسان می‌کنند.

هرچه سریعتر طناب را تکان دهید، تعداد امواج و یا بهتر بگوییم فرکانس آنها بیشتر می شود. به همین ترتیب وقتی سرعت امواج صوتی تولید شده توسط سازهای بادی افزایش می یابد، صداهای بسیار بلندی تولید می شود که توسط انسان شنیده نمی شود.

با این حال، مردم این تغییرات طیفی را تجربه نمی کنند. اگر سرعت صوت برابر با سرعت نور باشد، حتی یک ضربه ساده به فلوت می تواند باعث انفجار تمام اجسام و موجودات اطراف شود. نور در طیفی از امواج الکترومغناطیسی حرکت می کند که از ماده ساخته نشده اند. اما امواج صوتی مکانیکی هستند و از ذراتی تشکیل شده اند که دائماً با یکدیگر برخورد می کنند.

مولکولی که با سرعت نور حرکت می کند انرژی بی نهایت دارد. در نتیجه اگر به ذره ای برخورد کند، منفجر می شود و ذرات ماده و پادماده ایجاد می شود. پادماده در برخوردهای بسیار سریع تشکیل می شود و خواصی مخالف ماده دارد.