소리, 공기보다 금속 수소 쪽이 100배 빠르다

소리의 속도라고 하면 공기를 통해 전해져 오는 속도 그러니까 초속 340m 전후다. 초속 340m는 15도 기온일 때 0.1도마다 초속 0.6m씩 증감하는 것이다. 그런데 소리의 속도는 매개하는 물질에 따라 변화한다. 예를 들어 15도 헬륨가스 중이라면 초속 997m다.

케임브리지대학과 런던퀸메리대학 연구팀은 소리가 가장 빠르게 전파될 수 있는 물질을 조사해 그 속도가 초당 36km에 도달하는 것을 밝혀냈다. 공기 중 속도보다 무려 100배나 빠르게 전해지는 것이다.

이렇게 소리를 고속으로 전달하는 물질은 뭘까. 연구팀은 높은 압력으로 저하시킬 수 있는 모양으로 이뤄진 수소라고 설명한다. 예를 들어 목성 같은 거대한 가스 행성 중심은 높은 압력이 걸려 있으며 같은 장소에선 수소가 압축되어 전도성이 있는 금속 성질을 가진 고체화된다고 추측되고 있다.

연구팀은 하전입자간 상호작용 강도를 나타내는 미세구조 상수와 전자 질량에 대한 양성자 질량비는 두 상수를 이용한 자산으로 이번 결론을 얻었다고 한다. 연구팀은 예를 들어 다이아몬드는 가장 단단한 물질로 알려져 있기 때문에 소리 전파도 다이아몬드 중을 통과하는 게 가장 빠르다는 게 일반적 상식이었지만 이론적이고 기본적인 한계가 있는지 여부는 알 수 없다고 밝히고 있다.

이 이론이라면 원자 질량이 클수록 전파하는 소리 속도가 저하될 것으로 예상되며 반대로 생각하면 고체 금속 수소 중이라면 가장 소리가 빨리 전해지는 것이다. 연구팀은 소리가 물질 속을 얼마나 빠른 속도로 이동하거나 컴퓨터에 의해 계산하고 그 속도가 이론상 본질적 한계에 가까운 것으로 나타났다고 한다.

이번 연구 결과는 고온 초전도, 쿼크-글루온 플라스마 생성, 블랙홀, 물리 관련 점성과 열전도율 관계 등 다양한 특성의 한계 범위를 발견하고 이해하는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 하지만 또 다른 전문가는 이 기본 상수를 이용해 속도 단위로 뭔가를 얻을 수 있지만 이게 한계에 도달하는 근본적 이유가 아직 확실하지 않고 완전히 확신할 수 없다고 지적하기도 했다. 정확한 이해를 위해선 추가 연구가 필요하다는 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.