太空中并没有声音。如同光和热,声音也是一种波。但是,其中有一个主要的区别,就是不同于光和热(辐射), 声音需要媒介才能够传播。只有通过分子或者粒子,声音才能从一个地方传播到另一个地方去。
宽泛地讲,电影《绝世天劫》是有史以来写得最不走心且违背科学的电影,不是之最也是之一。科学家们观看这部拙劣的影片时,一定会翻白眼,脸抽筋。第一个错误是,当钻入小行星中的核武器爆炸时,碎片在没有氧气的情况下却在小行星上燃烧。第二个错误是,被核爆炸轰出小行星至宇宙的不仅有丽芙·泰勒,还有引擎的轰鸣声。
另一部犯了第二个错误的电影是《星球大战》。宇宙飞船爆炸成碎片的声音或是导致爆炸的激光冲击波飞速移动的声音,在科学理论中,都是不能接受的。
无论如何不变的是,那些发生在宇宙中(除了在宇宙飞船内部产生的声音)贯穿整部电影的打斗情节一定是没有声音的。宇宙是寂静的,就像电影《异形》中这样提醒我们:“在宇宙中,没有人会听到你的尖叫。”不管怎么说,从理论上而言,正如我们下文发现的,这些电影场景并不是正确的。
如同光和热,声音也是一种波。但是,其中有一个主要的区别,就是不同于光和热(辐射), 声音需要媒介才能够传播。只有通过分子或者粒子,声音才能从一个地方传播到另一个地方去。
声波的产生和传播是声源边缘的游荡粒子向外振动而引起的。当一个粒子紧挨着吉他被拨动的弦时,它便开始运动。这个粒子左右摇摆,将它的动能传递给它周围的粒子。周围的粒子将会把能量再不断传递给它们周围的粒子,以此类推,直到声波抵达我们耳中的末梢神经被接收为一种信息。
因此,声音在宇宙中无法传播的原因,正是一开始就没有粒子作为媒介来传播动能。话虽如此,那么大气粒子,超新星爆炸的残留物和其他尘埃粒子呢?他们同样不能传播声音吗?
答案是:不能。这些粒子不同于在地球上的粒子,它们挨得不够近,或者说,它们没有被充分地压紧以至于粒子之间不能产生交流。
不要忘记宇宙几乎是真空的,所以爆炸产生的粒子在瞬间就会分散,以至于分布松散无法承载声音。理论上而言,一片尘埃可以承载声音,但是振幅会非常小,人耳几乎听不见。
对于在宇宙飞船外的宇航员,他会看到宇宙飞船爆炸带来的炫目的热量与光线,但是他听不到任何声音,如同一部无声电影。对于习惯地球内部物理学的人而言,这可能产生认知的偏差。然而,因为宇宙飞船内部的空气受到压缩,所以飞船内部的宇航员可以轻易地听到爆炸声。
这同样也能解释为何宇航员不能直接和他们的同伴对话,而是在传递信息时必须使用特殊的设备将声音转变为无线电,然后在接受终端再把无线电转变为声音。所以,宇宙中没有声音。但是,等等!如果我们将一个更灵敏的设备对准黑洞呢?
声音还可以用压力的不同来定义。当声音在空气中传播时,它会拉伸和压缩周围的气压。空气上下振动,这些振动的时间差被称为声音的频率,其单位为赫兹(1赫兹为每秒振动一次,Hz)。
声音和光线一样,也有自己的频谱。如同电磁波谱中光的可视范围,人类只能听到频率为20Hz至20000Hz的声音,被称为可听范围。频率低于20Hz的称为次声波,而频率高于20000Hz的则称为超声波。
同样,感知也是非常重要的。因为用于听觉的器官的限制,我们不能听到可听范围以外的声音。我们所谓的“声音”是指那些我们原始器官能够调节到的特定的频率范围。任何低频或高频的事物我们都不会注意到。
图解:众所周知,蝙蝠利用超声波来导航,就像有些动物可以感知红外线然而我们不能。(图片来源:National Wildlife / Wikimedia Commons)
理论上而言,声音是允许在宇宙中传播的。它们可以像电磁振动一样,在相似的波长中传播。借助高灵敏的助听设备,如钱德拉X射线太空望远镜,NASA已经记录到了来自宇宙的声音。
在距离地球25000万光年的英仙座星系团中,天文学家们发现了一个超级黑洞正在不断发声。他们观察到气体中的波纹充满了整个星系团,发出宇宙中任何物体都不能感知到的最低沉的声音——降b调,比C中音低57个八度。这比我们能够听到的最低频率还要低千亿倍!
英仙座是银河系中最明亮的星系团,并且不断向外散发x射线,这就使它成为了寻找宇宙中的声波的最佳场地。声波会在星系团中通过气体不断反射。经过测量可以发现,电磁脉冲是由足以吞噬黑洞的炽热磁化气体的运动产生的。
(图片来源:NASA Blueshift/网络相册)
同样,因为大气层中粒子的突然倾斜,地震也被记录到能够产生低频的声音。地球的振动引起大气层中的低频振动,浑厚的声波将会传播到宇宙中去。NASA已经汇编了我们太阳系中所有行星的声音,甚至还有太阳的!
这些声音可能会让你毛骨悚然,但你可以在这里听到它们。这些声音是搭载高灵敏设备的宇宙飞船经过时采集的无线电波。当无线电波转变为声音时,这些雕像般的行星就像万圣节的南瓜灯一般,发出了幽灵般的声音。
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