聲音,有大有小,有暗有明。大到震耳欲聾,嚇得人心臟怦怦跳;小到難以察覺,比不上蚊蟲嗡嗡叫;暗到深藏不露,在冰川裂縫之間作響;明到雷霆萬鈞,在恒星身上打著鼓點(diǎn)!
那些神秘莫測的聲音究竟來自何處,又有怎樣的妙用呢?
“聲爆彈”是把雙刃劍
F-18超級大黃蜂是全球最先進(jìn)的幾種戰(zhàn)斗機(jī)之一,最高時(shí)速能飆到1915千米,把1225千米/時(shí)的聲速遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面!別看本領(lǐng)大,它的“嗓門”也大,因?yàn)樵诟咚亠w行中會(huì)產(chǎn)生層層的壓力波,壓力波以聲速前進(jìn),當(dāng)飛機(jī)加速穿越壓力波(突破聲障)時(shí),會(huì)在撞擊下產(chǎn)生震波,發(fā)出爆炸一般的巨大聲響——聲爆,并伴有極為罕見的“聲爆云”!至于聲爆的強(qiáng)度如何,則跟飛機(jī)的形狀大小、飛行高度和天氣密不可分。
聲爆被利用起來威力驚人!曾幾何時(shí),以色列空軍戰(zhàn)機(jī)將這種“高空游戲”搬到巴勒斯坦居民的頭頂上——低空沖破聲障高速飛行,使震耳欲聾的“聲爆”響徹大半個(gè)城區(qū)!當(dāng)?shù)鼐用癖硎?,這如同大地震或者重磅炸彈落地,不光耳朵無法承受,有時(shí)甚至?xí)鞅茄?,躲在屋?nèi)也會(huì)顫抖不止!空襲結(jié)束后,居民們以為終于能松口氣了,卻驚恐地發(fā)現(xiàn)部分墻壁裂縫、窗戶玻璃碎裂等由于巨大震動(dòng)波而留下的“后遺癥”。與此同時(shí),那種心跳加速、頭腦發(fā)懵的感覺,久久不能消逝。更可怕的是,當(dāng)?shù)蒯t(yī)院里來了不少精神受創(chuàng)的孩子以及受驚嚇而流產(chǎn)的婦女。居民們連續(xù)幾夜驚恐失眠,神經(jīng)衰弱。
當(dāng)然,這種“聲爆炸彈”完全能發(fā)揮正面作用,利用巨大聲響帶來的暈眩效果來對付極端組織,類似于升級版的“震爆彈”——一種非致命性武器,爆炸時(shí)發(fā)出巨大的聲音和劇烈的閃光,來震懾歹徒,使其暫時(shí)失去反抗能力,以便執(zhí)行營救、突襲等任務(wù)!
聽,大蟲來了
說完“天空超強(qiáng)音”,讓我們換換胃口,聽聽來自地表的微弱呼喚……
不過,你就是再怎么豎起耳朵,也很難在養(yǎng)蠶時(shí)聽清蠶寶寶吃桑葉的聲音吧?而我們很難認(rèn)為植物是個(gè)好聽眾,它們卻偏偏能對聲波做出反應(yīng)——尤其是昆蟲咀嚼的聲音。
這不,美國密蘇里大學(xué)的科學(xué)家,就記錄了在鼠耳芥附近大聲咀嚼食物的毛毛蟲周圍環(huán)境內(nèi)的聲波(在植物世界,鼠耳芥經(jīng)常被當(dāng)作實(shí)驗(yàn)對象,類似于動(dòng)物界的小白鼠)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),凡是接觸到咀嚼聲的植物,會(huì)比沒有接觸到那種聲音的植物產(chǎn)生更多的抗昆蟲化學(xué)物質(zhì),用以御敵自保!看來為了生存,植物們也是蠻拼的,它們時(shí)刻繃緊神經(jīng)聆聽著周圍的動(dòng)靜,就像草食動(dòng)物對豺狼虎豹的警惕一樣。
冰川裂聲有秘密
你看過《海平面上升66米后的世界地圖》嗎?如果噩夢成真,全球無數(shù)美麗的海島將成為“亞特蘭蒂斯”,中國的東部沿海化作一片汪洋澤國,東南亞綿延數(shù)百千米的豆蔻山脈僅存一座“孤島”,而印度的絕大部分港口銷聲匿跡……
冰川融化破裂看著很壯觀,但毫無疑問會(huì)加速海平面的上升!而科學(xué)家一直沒搞懂冰川的破裂機(jī)制,所以無法詳細(xì)了解它們的“瘦身”狀況。
現(xiàn)在,科學(xué)家學(xué)會(huì)了聆聽冰破裂時(shí)的聲音,以此為冰山“體檢”——他們用水下浮標(biāo)上的麥克風(fēng),記錄挪威漢斯冰川周圍環(huán)境中冰裂的噪聲,將這些音頻與冰川的延時(shí)拍攝照片(體現(xiàn)冰川各階段變化)一一對應(yīng),發(fā)現(xiàn)水下冰塊裂開后會(huì)發(fā)出輕微的砰聲,這是冰山“病發(fā)”的初期;裂縫中浮出氣泡的聲音大小和連續(xù)性,預(yù)示“病情”的發(fā)展?fàn)顩r;“咔嚓”的破裂聲,說明裂縫蔓延到了冰川的粗糙表面,情況惡化;冰塊大量落入海水中,會(huì)有飛濺起液體的連貫聲音,就該下“病危通知書”了……這些聲音模式,能幫助科學(xué)家知道不同地區(qū)的冰川正以什么樣的速度融化,從而更準(zhǔn)確地預(yù)估氣候和海平面的未來變化。
恒星年齡問聲波
遠(yuǎn)離了冰川海洋,我們再去浩瀚的星河中,聽聽恒星身上發(fā)出的“鼓點(diǎn)”!
以往,確定恒星年齡是令天文學(xué)家比較頭疼的事,了解恒星形成于哪個(gè)分子云,是他們判斷的一種依據(jù)。這就像只知道你在上小學(xué),就判斷你的具體年齡一樣。比利時(shí)魯汶大學(xué)的最新研究顯示,通過測量恒星釋放的聲波振動(dòng),可以更準(zhǔn)確地判斷其年齡大小。
科學(xué)家可以觀察恒星亮度的微弱變化,來感受其聲波振動(dòng)頻率(恒星內(nèi)部的聲波主要來自振動(dòng)和輻射壓力,而聲波具有反射等特點(diǎn)),推測這顆恒星多大了——研究者康斯坦策和同事研究了年齡低于1000萬年、大小為太陽質(zhì)量1~4倍的34顆恒星的振動(dòng),數(shù)據(jù)顯示,最年輕的恒星振動(dòng)得較慢,而接近成年期的恒星振動(dòng)得較快——但不能僅僅以此判斷,哪顆恒星老了,哪顆恒星還有漫長的“星路”要走,因?yàn)檠芯窟€表明,恒星質(zhì)量對它的“星途”發(fā)展很有影響:質(zhì)量小的恒星進(jìn)化得慢;質(zhì)量大的恒星成長得快,衰老得也快。
盡管早就有物理學(xué)家設(shè)想,“老少”恒星的振動(dòng)有所不同,康斯坦策首次利用外太空的具體數(shù)據(jù)證實(shí)了這些猜測?,F(xiàn)在,他能利用模型進(jìn)一步細(xì)分年輕恒星的年齡階段——究竟是一年級、二年級還是五年級。這為研究宇宙的進(jìn)化提供了很有價(jià)值的信息!
除此之外,婉轉(zhuǎn)悠揚(yáng)的音樂,劃過黑板的刀片,沖上云霄的火箭,密林深處的獅吼……萬千奇妙的聲音,各自有獨(dú)特的原理,卻都為這個(gè)精彩的世界伴奏。
小哥白尼·趣味科學(xué)畫報(bào)2016年2期