Nach Jahrhunderten der Forschung hat die Wissenschaft erstmals herausgefunden, wie schnell eine Schallwelle tatsächlich maximal werden kann. Doch um die Obergrenze der Schallgeschwindigkeit zu erreichen, sind gleich mehrere verschiedene Umstände nötig. Wie die Forscher sie trotzdem messen konnten, erfährst du im Folgenden.

Schallgeschwindigkeit: So konnten die Forscher ihre Obergrenze messen

Im Gegensatz zur Berechnung der Lichtgeschwindigkeit gestaltet sich die Messung der Schallgeschwindigkeit als nicht ganz so einfach und weitgehend erforscht, wie es die Theorien von Albert Einstein zu ersterer ermöglichen. Die Geschwindigkeit der Ausbreitung von Schallwellen ist definitiv von ihrem Medium abhängig. Dies bedeutet, dass sich der Schall beispielsweise in der Luft, je nach Temperatur, Druck und Dichte der Atmosphäre, unterschiedlich schnell ausbreitet.

In Feststoffen kann eine Schallwelle allerdings wesentlich höhere Geschwindigkeiten erreichen, als es beispielsweise in flüssigen ode gasförmigen Zuständen der Fall ist. Um sich das ganze besser vorzustellen, hilft der Gedanke an einen fahrenden Zug. Diesen hörst du zuerst durch das Geräusch der Schienen, anstatt über die Schallwellen in der Luft. Doch was nun das maximale Tempo der Schallgeschwindigkeit in fester Materie war, blieb bislang unentdeckt. Klar war bisher lediglich, dass sich die Schallwellen abhängig von der Dichte und den elastischen Eigenschaften unterschiedlich schnell bewegen.

Um nun wiederum die maximale Schallgeschwindigkeit zu berechnen, nutzten die Wissenschaftler Kostya Trachenko von der Queen Mary University of London und sein Team im Zuge einer Studie eine eher unkonventionelle Methode: Sie bezogen sich bei ihren Berechnungen auf zwei Naturkonstanten . Einerseits auf die Feinstrukturkonstante, welche die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung angibt. Als zweite Konstante wählten sie das Massenverhältnis zwischen Proton und Elektron.

So schnell kann eine Schallwelle werden

Mithilfe der Beobachtungen, die das Team dank der alternativen Berechnungsmöglichkeit anstellen konnten, ließ sich demzufolge auch die maximale Schallgeschwindigkeit bestimmen. Mit rund 36 Kilometern pro Sekunde bewegt sich eine Schallwelle in einem Feststoff. Dies ist immerhin etwas doppelt so schnell, wie das bisher gemessene Schalltempo in einem Diamanten.

Diesen Wert erreicht der Schall allerdings nur unter ganz bestimmten Bedingungen, nämlich in Wasserstoff, der unter einem derartig hohen Druck steht, dass er zu einem festen Metall wird. Derartige Voraussetzungen finden wir höchstens im Kern eines riesigen Gasplaneten, wie zum Beispiel dem Jupiter.

Wofür die Erkenntnis eine Rolle spielen könnte

„Schallwellen in Festkörpern sind für viele Wissenschaftsfelder enorm wichtig“ betont Chris Pickard von der University of Cambridge, einer der Autoren der Studie. „Seismologen nutzen beispielsweise die bei Erdbeben entstehenden Schallwellen um die Natur der seismischen Ereignisse und die Zusammensetzung des Erdinnern zu erforschen“ erklärt er weiter. Zudem könnten die Ergebnisse für die Materialforschung von Relevanz sein, da sie viel über die elastischen Eigenschaften und die Resistenz der Materialen verraten würde.

Außerdem könnte die Ermittlung der Obergrenze der Schallgeschwindigkeit dazu beitragen, Merkmale der Viskosität und der thermischen Leitfähigkeit zu finden und zu verstehen, ergänzt Trachenko seinen Kollegen. Auch für die Physik der Schwarzen Löcher, aus deren Energie wir Vorteile ziehen könnten, sei sie interessant. Apropos Schwarzes Loch: Eines kannst du sogar von der Erde aus mit deinem bloßen Auge erkennen.