科学家制造最响亮水下声音:音量之大可使水蒸发

科学家制造最响亮水下声音:音量之大可使水蒸发
2019年05月24日 08:06 新浪科技

  新浪科技讯 北京时间5月24日消息,科学家发现了一种据称是最响亮的水下声音,其音量之大,甚至可以在接触水的时候使其蒸发。

  这不是海底大地震的声音,也不是枪虾敲打螯肢的声音,后者比流行歌手的演唱会还要响亮。事实上,这是一束微小的水射流——宽度只有人类头发的一半——被更细微的x射线激光击中时所发出的声音。

  我们实际上听不到这种声音,因为它是在真空室里产生的。这或许是最好的选择,想象一下,这种声音可达270分贝左右,甚至比美国国家航空航天局有史以来最大声的火箭发射(约205分贝)还要响亮。不过,你可以看到这种声音在微观尺度上的破坏力。作为一项新研究的一部分,美国加利福尼亚州的SLAC国家加速器实验室录制了一系列超慢动作视频,向我们展示了这种水下声音的惊人之处。

  在视频中,脉冲激光在大约40纳秒(400亿分之一秒)的时间内,将水射流瞬间一分为二,使其接触的液体蒸发,同时向射流两侧发出强大的压力波。这些压力波会产生更多的波,大约10纳秒后,不断破碎的气泡在断开处两侧形成了腾涌的“黑云”。

  克劳迪乌·斯坦(Claudiu Stan)是新泽西州纽瓦克市罗格斯大学的物理学家,也是这项研究的共同作者之一。他说,这些压力波可能代表了目前最响亮的水下声音。如果声音再大一点,“就会使液体沸腾”,而一旦水沸腾,声音就没有介质可以传播了。

  为什么要尝试发现一种能撕裂传播介质的声音呢?斯坦认为,了解水下声音的极限可以帮助研究人员设计未来的实验。

  科学家经常将一些感兴趣的物质——比如一种特殊类型的蛋白质晶体——悬浮在液体射流中,用激光轰击它们,以确定它们的化学性质。斯坦表示,如果科学家能精确地知道不会意外破坏液体的激光脉冲强度,那他们就能改善这些实验的操作方式。对于那些用高能光束撞击材料样本以测试材料结构完整性的研究中,情况尤其如此。“这项研究可以帮助我们未来研究微观样本在受到水声剧烈震动时可能出现的反应,”斯坦说道。

  这并不是SLAC研究人员第一次使用这种x射线激光器来测试物理学极限。在2017年的一项研究中,研究人员使用同样的激光将电子从原子中轰击出来,创造了一个“分子黑洞”,吸收了附近原子中所有能吸收的电子。综合考虑,这项研究和新的研究得出了一个不容置疑的结论:激光真的很酷!

  这项新研究的结果发表在4月10日的《物理评论-流体》(Physical Review Fluids)杂志上。(任天)

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