聲音是什么？它又從何方來(lái)呢？

“叮鈴鈴——”

從早晨第一聲清脆的鬧鈴聲開始，腳步聲、嘩嘩流水聲、說(shuō)話聲——各種聲音就接連涌進(jìn)我們的耳朵里，除了睡覺的時(shí)候，我們幾乎時(shí)時(shí)刻刻都能聽到它們，可聲音到底是什么呢？又是怎么來(lái)的呢？

雖然聲音摸不著、看不見，但有一種方法可以讓你間接地“摸”到它、看到它。拿出你的玩具鼓，左手放在鼓面一邊，右手用鼓槌用力捶向另一邊，同時(shí)仔細(xì)觀察鼓面，感覺到了嗎？

沒(méi)錯(cuò)，鼓面在振動(dòng)，這就是聲音的本質(zhì)——由物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲波。發(fā)出“咚咚咚”聲響的鼓是“聲源”，也就是聲音產(chǎn)生的源頭。可是振動(dòng)的鼓產(chǎn)生的聲波又是怎么到我們的耳朵里的呢？

雖然鼓和我們之間并沒(méi)有電話線連接，但是在我們周圍其實(shí)到處都是聲音的“信使”——空氣?？諝饫镉泻芏嗟?dú)狻⒀鯕獾葰怏w分子，鼓的振動(dòng)帶動(dòng)了它附近的氣體分子的振動(dòng)，然后就像接力賽一樣，把聲波傳向四周，也傳到了我們的耳朵里。

在我們的耳朵里也有一面“小鼓”——鼓膜，它是一片半透明的薄膜，聲波穿過(guò)外耳道后就會(huì)撞上它，讓它振動(dòng)起來(lái)，鼓膜接著把振動(dòng)傳給聽小骨，最后再傳到耳蝸里的液體那里，使液體發(fā)生波動(dòng)，這種波動(dòng)被神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化成神經(jīng)沖動(dòng)，傳到大腦的聽覺神經(jīng)中樞，才讓我們聽到了聲音。

在宏觀世界中，無(wú)論是空氣、水，還是固體都可以成為聲音傳播的介質(zhì)，沒(méi)有介質(zhì)聲音就無(wú)法傳播，最先發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)的是17世紀(jì)的英國(guó)物理學(xué)家羅伯特·波義耳。

當(dāng)時(shí)，他做了一個(gè)非常著名的實(shí)驗(yàn)。波義耳將一個(gè)鬧鐘放進(jìn)了一個(gè)大玻璃罩里，并且讓鬧鐘一直響著。即使有玻璃罩的阻擋，大家也還是能清楚地聽到鬧鐘不停吵鬧的聲音。接著，波義耳變了個(gè)“魔術(shù)”，讓鬧鐘安靜下來(lái)了！

他用真空泵抽走了玻璃罩中的空氣，隨著空氣越來(lái)越少，鬧鐘的聲音也越來(lái)越弱，最后幾乎聽不到了。但是一打開玻璃罩，鬧鐘就又開始吵了。

現(xiàn)在我們知道，這是因?yàn)槁曇舻膫鞑バ枰橘|(zhì)，在我們的日常生活中，最主要的聲音傳播介質(zhì)就是空氣。

人們利用這個(gè)原理制造出了隔音窗。它由兩面玻璃制成，中間是幾乎真空的狀態(tài)，這就像是為聲波設(shè)置了一條鴻溝，讓它無(wú)法跨越到窗戶的另一側(cè)。

雖然從宏觀世界中看，聲音的傳播需要介質(zhì)，但微觀的量子世界卻打破了這個(gè)規(guī)則。就在不久前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)真空也在極短距離內(nèi)能傳播聲音！

實(shí)際上，真空并不是什么都沒(méi)有，它的確沒(méi)有原子、分子這類實(shí)物粒子，但是卻存在著由“虛粒子”構(gòu)成的量子場(chǎng)，類似于電子形成的電場(chǎng)，它們不斷產(chǎn)生又消失，就像水波振蕩時(shí)激起的小水珠，彈起又回落，這個(gè)現(xiàn)象被稱為量子漲落。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)真空中的兩片薄膜靠得很近時(shí)，一片薄膜的振動(dòng)就可以通過(guò)量子漲落傳給另一片薄膜，這就意味著，聲波通過(guò)了真空！

然而，這種現(xiàn)象目前僅限于奇妙的量子世界，在我們的宏觀世界，想要聽到聲音依然需要介質(zhì)。

參考資料：

Fong, K.Y., Li, H., Zhao, R. et al. (2019). Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations. Nature 576, 243–247

作者：Mirror

審稿：張軒中（科普作家，中國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)員）