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科學家制造最響亮水下聲音:音量之大可使水蒸發

新浪科技 2019-05-24

  科學家發現了一種據稱是最響亮的水下聲音,其音量之大,甚至可以在接觸水的時候使其蒸發。

  這不是海底大地震的聲音,也不是槍蝦敲打螯肢的聲音,后者比流行歌手的演唱會還要響亮。事實上,這是一束微小的水射流——寬度只有人類頭發的一半——被更細微的x射線激光擊中時所發出的聲音。

  我們實際上聽不到這種聲音,因為它是在真空室里產生的。這或許是最好的選擇,想象一下,這種聲音可達270分貝左右,甚至比美國國家航空航天局有史以來最大聲的火箭發射(約205分貝)還要響亮。不過,你可以看到這種聲音在微觀尺度上的破壞力。作為一項新研究的一部分,美國加利福尼亞州的SLAC國家加速器實驗室錄制了一系列超慢動作視頻,向我們展示了這種水下聲音的驚人之處。

  在視頻中,脈沖激光在大約40納秒(400億分之一秒)的時間內,將水射流瞬間一分為二,使其接觸的液體蒸發,同時向射流兩側發出強大的壓力波。這些壓力波會產生更多的波,大約10納秒后,不斷破碎的氣泡在斷開處兩側形成了騰涌的“黑云”。

  克勞迪烏·斯坦(Claudiu Stan)是新澤西州紐瓦克市羅格斯大學的物理學家,也是這項研究的共同作者之一。他說,這些壓力波可能代表了目前最響亮的水下聲音。如果聲音再大一點,“就會使液體沸騰”,而一旦水沸騰,聲音就沒有介質可以傳播了。

  為什么要嘗試發現一種能撕裂傳播介質的聲音呢?斯坦認為,了解水下聲音的極限可以幫助研究人員設計未來的實驗。

  科學家經常將一些感興趣的物質——比如一種特殊類型的蛋白質晶體——懸浮在液體射流中,用激光轟擊它們,以確定它們的化學性質。斯坦表示,如果科學家能精確地知道不會意外破壞液體的激光脈沖強度,那他們就能改善這些實驗的操作方式。對于那些用高能光束撞擊材料樣本以測試材料結構完整性的研究中,情況尤其如此。“這項研究可以幫助我們未來研究微觀樣本在受到水聲劇烈震動時可能出現的反應,”斯坦說道。

  這并不是SLAC研究人員第一次使用這種x射線激光器來測試物理學極限。在2017年的一項研究中,研究人員使用同樣的激光將電子從原子中轟擊出來,創造了一個“分子黑洞”,吸收了附近原子中所有能吸收的電子。綜合考慮,這項研究和新的研究得出了一個不容置疑的結論:激光真的很酷!

  這項新研究的結果發表在4月10日的《物理評論-流體》(Physical Review Fluids)雜志上。(任天)

責任編輯:王超

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