Chuyện gì xảy ra nếu âm thanh nhanh như ánh sáng?

So với ánh sáng có vận tốc 300.000 km mỗi giây, sóng âm rất chậm chạp khi di chuyển trong không khí với vận tốc chỉ 0,3 km mỗi giây. Đó là lý do khiến chúng ta nhìn thấy sét trước khi nghe tiếng sấm. Vậy chuyện gì xảy ra khi vận tốc âm thanh đột nhiên tăng gấp một triệu lần, nghĩa là nhanh tương đương ánh sáng?

Khi đó, con người sẽ nghe thấy tiếng sấm cùng lúc với sét lóe lên. Tuy nhiên, sét sẽ trông rất khác thường.

Sóng âm gồm các hạt, mỗi hạt di chuyển vừa đủ để va chạm với hạt tiếp theo. Điều này tạo ra những khu vực có mật độ cao hơn và thấp hơn trong sóng, theo George Gollin, giáo sư vật lý tại Đại học Illinois. Hãy hình dung về lò xo cầu vồng (lò xo slinky) - khi món đồ chơi này di chuyển, các vòng dây liên tục chụm vào rồi lại tỏa ra. Các sóng âm cũng tương tự như vậy. Ở tốc độ thấp, sự thay đổi về mật độ không thể nhận thấy, nhưng ở tốc độ ánh sáng thì hoàn toàn khác.

"Trong cơn giông, không khí sẽ rất ẩm, sóng âm đi qua và ép chặt mọi thứ, sau đó tỏa rộng ra và áp suất hạ xuống đáng kể", Gollin nói. Áp suất tương ứng với nhiệt độ nên việc áp suất không khí giảm đột ngột sau tiếng sấm khiến không khí ẩm đóng băng. Do đó, con người sẽ nhìn thấy tia sét qua một màn sương dày gồm các tinh thể băng.

Với tốc độ cực nhanh, âm thanh trong thế giới của chúng ta sẽ thay đổi hoàn toàn. Ví dụ, giọng nói có cao độ lớn đến mức không thể nghe thấy. "Thậm chí con chó mà bạn nuôi cũng không nghe được tiếng của chủ", William Robertson, giáo sư khoa vật lý và thiên văn tại Đại học Bang Middle Tennessee, cho biết.

Các dây thanh đới của người phát ra âm thanh bằng cách tạo các sóng dừng, hoạt động giống như những sợi dây thừng nặng gắn vào tường trong phòng gym. Khi người tập lắc chúng đủ nhanh, các sóng bắt đầu dao động lên xuống mà dường như không truyền dọc theo sợi dây. Khi dây thừng bị lắc ngày càng nhanh, số lượng sóng - hay tần số - tăng lên. Tương tự, khi các sóng âm sinh ra từ thanh quản của người tăng tốc, chúng cũng tăng tần số.

Với sóng âm, tần số tăng đồng nghĩa cao độ tăng. Ví dụ, sóng âm di chuyển qua heli nguyên chất nhanh gấp ba lần khi di chuyển qua không khí. Do đó, việc hít khí heli khiến giọng nói của con người trở nên giống nhân vật hoạt hình. Nếu âm thanh tăng tốc gấp một triệu lần, kết quả sẽ ấn tượng hơn nhiều.

Dàn nhạc sẽ chịu ảnh hưởng vô cùng thảm khốc, Robertson nhận xét. Các nhạc cụ hơi hoạt động tương tự dây thanh đới ở người, âm thanh chuyển động qua lại bên trong khoang của kèn oboe hoặc trumpet, từ đó tạo ra sóng dừng. Con người sẽ phải thiết kế nhạc cụ hơi dài gấp một triệu lần để giữ cho chúng đồng điệu với đàn violin và cello. Nguyên nhân là khi vận tốc âm thanh truyền đi trong không khí thay đổi, vận tốc truyền trong dây vẫn giữ nguyên.

Tuy nhiên, con người không thể sống sót để trải nghiệm những thay đổi ấn tượng này vì chỉ một tiếng sáo nhẹ cũng sẽ khiến mọi thứ xung quanh nổ tung thành nhiều mảnh.

Ánh sáng truyền đi trong các sóng điện từ, chúng không cấu tạo từ vật chất. Nhưng sóng âm lại gồm các hạt va chạm với nhau. Một phân tử di chuyển với vận tốc ánh sáng sẽ có năng lượng gần như vô hạn, Gollin cho biết. Nó sẽ thổi tung mọi hạt mà nó chạm trán, khiến các electron văng đi, đồng thời tạo ra một "cơn mưa" vật chất và phản vật chất - loại hạt sinh ra trong những vụ va chạm tốc độ cực cao và mang đặc tính trái ngược với vật chất. "Các tác động khi đó sẽ vô cùng ngoạn mục", Gollin nhận định.