اگر سرعت صوت به‌اندازه‌ سرعت نور بود، چه اتفاقی رخ می‌داد؟

سرعت صوت تقریبا ۰/۳ کیلومتر‌بر‌ثانیه است؛ اما تاکنون به این فکر کردید که اگر سرعت صوت مانند سرعت نور بود، چه اتفاق‌هایی رخ می‌داد؟

فرض کنید در هوای بارانی ناگهان درخششی بی‌صدا در آسمان ظاهر می‌شود؛ اما صدای آن را چهار ثانیه بعد می‌شنوید. برخلاف نور که با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر‌‌بر‌‌ثانیه حرکت می‌کند، امواج صوتی کمی تنبل هستند و تنها با سرعت ۰/۳ کیلومتر‌بر‌ثانیه حرکت می‌کنند. به‌‌همین‌‌دلیل، در ابتدا رعد‌و‌برق را می‌بینید و بعد صدای آن را می‌شنوید؛ اما چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر سرعت صوت یک‌میلیون برابر افزایش پیدا کند یا هم‌اندازه با سرعت نور شود؟

امواج صدا از ذرات تشکیل شده‌اند که معمولا با یکدیگر برخورد می‌کنند؛ ازاین‌رو، نواحی مختلفی با تراکم کم و زیاد در موج ایجاد می‌شوند. برای مثال، اسباب‌بازی فنری اسلینکی را در نظر بگیرید. وقتی این اسباب‌بازی حرکت می‌کند، فنر متراکم می‌شود و دوباره سرعت می‌گیرد. امواج صدا هم عملکرد مشابهی دارند. تغییر تراکم در سرعت اندک ملموس نیست؛ اما در سرعت نور داستان متفاوت خواهد شد. جورج گولین، استاد فیزیک دانشگاه ایلینویز می‌گوید:

چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر در هوای کاملا مرطوب و در طول طوفان رعد‌و‌برقی امواج صدا خیلی سریع به شما برسند و سپس سریع توسعه پیدا کنند و فشار هم به مقدار زیادی کاهش پیدا کند؟ از‌آنجا‌که فشار متناظر با دما است، افت ناگهانی فشار هوا پس از غرش آسمان باعث انجماد هوای مرطوب می‌شود. در‌نتیجه، شاهد یک گلوله‌ی رعد‌و‌برقی در مِهی متراکم از کریستال‌های یخی خواهید بود.

سرعت بسیاری سریع صوت می‌تواند کاملا صدای دنیا را تغییر دهد. در چنین شرایطی، صداها بسیار عجیب به‌نظر می‌رسند. برای مثال، وقتی صحبت می‌کنید، رشته‌های صوتی برای تولید امواج صوتی با فرکانس‌های مختلف نوسان می‌کنند و آن‌ها را به حنجره یا جعبه‌ی صوتی منتقل می‌کنند. در حنجره‌ی این امواج هم، فرکانس برای تولید امواج بزرگ‌تر با یکدیگر ترکیب می‌شوند که نتیجه‌اش صدایی بلندتر است.

با‌این‌حال، تمام فرکانس‌هایی که با‌هم ترکیب می‌شوند، عملکرد یکسانی ندارند. برخی از آن‌ها خیلی بی‌نقص هم‌گام می‌شوند؛ درحالی‌که برخی دیگر با یکدیگر تداخل پیدا می‌کنند و صداهای زیرتر را به‌وجود می‌آورند. اگر صوت با سرعت بیشتری در هوا حرکت کند، نحوه‌ی ترکیب امواج نیز متفاوت خواهد بود و ممکن است صداهایی بسیار بَم‌تر و زیرتر تولید شوند. فرکانس در امواج صوتی مترادف گام است؛ در‌نتیجه ممکن است صداهای بسیار عجیبی را بشنوید.

برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید صدایتان پس از نفسی عمیق از بادکنک هلیومی چگونه تغییر می‌کند؟ درست مثل میکی ماوس. این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که سرعت امواج صوتی در هلیوم سه برابر می‌شود، با این تفاوت که در اینجا درباره‌ی سرعت صوتی یک‌میلیون برابر سریع‌تر صحبت می‌کنیم.

در‌صورتی‌که سرعت صوت به‌طور ناگهانی افزایش پیدا کند، می‌تواند یک ارکستر موسیقی را نابود کند. وقتی صوت داخل فضای خالی سازهای بادی یا ترومپت نوسان کند، موجی ایستاده را تولید می‌کند. این امواج ایستاده‌مانند طناب‌های سنگینی عمل می‌کنند که در باشگاه به دیوارها وصل شده‌اند و وقتی شخصی آن‌ها را با سرعت کافی تکان دهد، امواج بدون اینکه مشخص باشند، در طول طناب نوسان می‌کنند.

هرچه طناب را با سرعت بیشتری تکان دهید، تعداد امواج یا به‌بیان‌بهتر فرکانس آن‌ها افزایش می‌یابد. به‌طور مشابه وقتی سرعت امواج صوتی تولید‌شده با آلات موسیقی بادی افزایش پیدا می‌کند، صداهایی با گام بسیار بالا تولید می‌شود که برای انسان شنیدنی نیستند.

با‌این‌حال، انسان‌ها از این تغییرات طیفی جان سالم به‌در نمی‌برند. در‌صورتی‌که سرعت صوت برابر با سرعت نور باشد، حتی یک دمیدن ساده در فلوت می‌تواند باعث انفجار تمام اشیاء و موجودات اطراف شود. نور در طیف امواج الکترو مغناطیسی حرکت می‌کند که از ماده تشکیل نشده‌اند؛ اما امواج صوتی مکانیکی هستند و از ذراتی تشکیل شده‌اند که مرتب با یکدیگر برخورد می‌کنند.

مولکولی که با سرعت نور حرکت می‌کند، انرژی بی‌نهایت دارد؛ در‌نتیجه، اگر با هر ذره‌ای برخورد کند، آن را منفجر خواهد کرد و ذرات ماده و پادماده را به‌وجود می‌آورد. پادماده در برخوردهای بسیار پرسرعت ایجاد می‌شود و خواصی متضاد با ماده دارد.