爱因斯坦的狭义相对论为我们提供了宇宙的速度极限——光在真空中的速度。但是，通过任何介质的声音的绝对最高速度一直比较难以确定。科学家们现在已经根据基本常数，即我们理解宇宙物理学的基本参数，设法确定了一个上限。根据新的计算，这个速度极限是每秒36公里（每秒22英里）。这大约是声音通过钻石传播速度的两倍。声音和光都以波的形式传播，但它们的行为略有不同。
可见光是一种电磁辐射，因此得名，因为光波由振荡的电场和磁场组成。这些场产生一个自我维持的电磁波，可以在真空中传播——其最高速度约为每秒30万公里。通过介质，如水或大气，速度会减慢。声音是一种机械波，由介质中的振动引起。当波通过介质传播时，该介质的分子相互碰撞，传递能量。因此，介质越坚硬——越难压缩——声音传播得越快。
例如，水的粒子比空气更紧密地排列，这也是为什么鲸鱼可以在海洋中如此广阔的距离进行交流的部分原因。在坚硬的固体中，如钻石，声音可以传播得更快。我们利用这一特性来研究地球内部，当地震的声音波通过地球时。我们甚至可以用它来理解恒星的内部。
“固体中的声波已经在许多科学领域中变得非常重要，”英国剑桥大学的材料科学家克里斯·皮卡德说。“例如，地震学家使用地球内部深处由地震引发的声波来理解地震事件的性质和地球组成的属性。它们也引起了材料科学家的兴趣，因为声波与重要的弹性属性有关，包括抵抗应力的能力。”
现在，你可能已经看到了限制声音速度的问题。我们如何考虑到宇宙中所有可能的材料，以确定声音速度的绝对上限？这就是基本常数有用的地方。为了计算声音的速度极限，来自伦敦玛丽女王大学、英国剑桥大学和俄罗斯高压物理研究所的一组科学家发现，速度极限取决于两个基本常数。这些是精细结构常数，它表征了带电基本粒子之间的电磁相互作用的强度；以及质子与电子质量比，即质子的静止质量除以电子的静止质量。
“精细结构常数和质子与电子质量比的精确调谐值，以及它们之间的平衡，支配着核反应，如质子衰变和恒星中的核合成，导致包括碳在内的基本生物化学元素的创造。这种平衡在恒星和行星可以形成以及支持生命的分子结构可以出现的空间中提供了一个狭窄的‘宜居区’，”研究人员在他们发表的论文中写道。
“我们表明，精细结构常数和质子与电子质量比的简单组合产生了一个无因次量，对凝聚态的一个关键属性有意外和特定的含义——波在固体和液体中传播的速度，或声音的速度。”
为了确认他们的方程，研究小组在大量元素固体和液体中实验测量了声音的速度，并返回了与他们的预测一致的结果。团队理论的一个具体预测是，声音的速度应随原子质量的增加而减小。
根据这一预测，声音应通过固态氢传播最快——这只能在极高的压力下存在，高于地球海平面大气压力的约100万倍（100吉帕）。获得样本来实验验证这一预测将极其困难，因此研究小组依赖于基于250至1000吉帕之间固态氢性质的计算。他们发现，结果再次与他们的预测一致。
如果应用团队方程的结果保持一致，它可能会成为一个有价值的工具，不仅用于理解单个材料，而且用于理解更广泛的宇宙。“我们相信这项研究的发现，”伦敦玛丽女王大学的物理学家科斯蒂亚·特拉琴科说，“可能会通过帮助我们找到和理解不同属性的极限，如与高温超导性、夸克-胶子等离子体甚至黑洞物理相关的粘度和热导率，从而有进一步的科学应用。”这项研究已发表在《科学进展》上。