你聽到的螺殼里的聲音真的是大海的聲音嗎?

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這種聲音是怎么出現(xiàn)的呢?似乎沒有東西發(fā)出任何聲音,那我們聽到的是什么?

我小時(shí)候第一次到海邊,第一次比拳頭還大的螺殼,就做了每個(gè)人都做過的事情:把螺殼拿到耳邊聽一聽。我聽到了一些聲音,仿佛來自很遠(yuǎn)的地方,而有些人似乎把它叫做大海的聲音。當(dāng)然,要聽這種聲音,不一定要螺殼,拿個(gè)空的水杯也行,甚至就用手罩住耳朵也可以。但是似乎在海邊聽到的,更加清晰,更像大海。

這種聲音是怎么出現(xiàn)的呢?似乎沒有東西發(fā)出任何聲音,那我們聽到的是什么?



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我們可以做幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)觀察一下。


首先,我們注意到,無論是螺殼還是水杯,都沒有辦法完全罩住耳朵,耳朵和容器之間總有縫隙,其中的空間總與外界相連。如果想辦法將這些縫隙堵死,你會(huì)發(fā)現(xiàn)聲音好像消失了,或者至少是變小了很多。這就說明,這個(gè)聲音跟外界有關(guān)系,很有可能就是來自外界。


然后,為了驗(yàn)證這一點(diǎn),我們可以做一個(gè)小小的對(duì)比試驗(yàn):在房間里開一下風(fēng)扇或者空調(diào),調(diào)到噪音比較大的模式,然后聽一下水杯;再把風(fēng)扇或者空調(diào)關(guān)掉,再聽一下水杯;最后躲進(jìn)被窩再聽一下。你會(huì)發(fā)現(xiàn),似乎外部噪音比較大的時(shí)候,水杯中聽到的聲音也比較大;如果沒什么噪音的話,聽到的聲音也比較小。因?yàn)槠渌麠l件都是一樣的,所以這說明,水杯中的聲音應(yīng)該來自外部的噪音,但跟水杯和耳朵縫隙之間的空氣流動(dòng)沒什么關(guān)系。


最后,我們聽聲音的時(shí)候,會(huì)發(fā)現(xiàn)聽到的聲音似乎跟容器的形狀有關(guān)??梢杂貌煌乃蛘呷萜鱽韺?duì)比,而更方便的方法就是用手虛握拳罩在耳邊,然后用另一只手將虛握的拳頭另一端的開口覆蓋又打開,你會(huì)發(fā)現(xiàn)聲音,尤其是音調(diào)明顯發(fā)生了變化。


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如果要考慮音調(diào)的變化的話,我們已知最熟悉的例子就是各種吹奏樂器。吹奏樂器之所以能發(fā)出聲音,是因?yàn)槠渲械目諝庑纬闪斯舱袂?,?huì)將簧片或者吹嘴的聲音修飾為能引起內(nèi)部空氣和樂器本身共振的聲音。如果參照這個(gè)原理的話,水杯的聲音也就很好解釋了:水杯和耳朵之間形成了一個(gè)共振腔,其中的空氣通過共振可以集中某些頻率的聲音,而外部的噪音就是“吹奏”這個(gè)共振腔的“演奏者”。


這就可以解釋之前我們觀察到的現(xiàn)象了:如果將縫隙堵上,外部噪音的空氣振動(dòng)無法傳到內(nèi)部,當(dāng)然也不會(huì)聽到聲音;如果外部就沒有什么噪音的話,沒有人“吹奏”,自然也沒有聲音;我們能聽到的聲音,取決于能使共振腔中的空氣產(chǎn)生共振的頻率,所以改變共振腔的形狀,聲音也會(huì)隨之改變。


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可以說,“大海的聲音”,實(shí)際上就是外部窸窸窣窣的細(xì)微聲音的振動(dòng),通過縫隙傳到耳朵和螺殼之間的共振腔中,被空氣的共振所集中,然后被我們聽到而已。之所以我們會(huì)留意這種聲音,是因?yàn)楣舱袂恢粫?huì)集中某些頻率的聲音,所以我們聽到的聲音有特定的音高和音色,就像樂器一樣,而跟外面雜亂的噪音不一樣。而之所以在海邊聽到的“大海的聲音”更加清晰令人印象深刻,是因?yàn)楹_叢煌S懈叩推鸱暮@寺暎步o我們聽到的“大海的聲音”賦予了一種特別的節(jié)奏。


也許令人意想不到的是,類似的想法也可以用來形象地解釋量子力學(xué)中的一種神秘現(xiàn)象:卡西米爾效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn),如果在真空中將兩塊不帶電的金屬板平行放置,當(dāng)它們貼得很近的時(shí)候,兩者之間會(huì)產(chǎn)生一種神秘的力量,嘗試將它們拖到一起。跟“大海的聲音”一樣,人們一開始不知道這個(gè)力的來源,因?yàn)樗坪鯖]有任何施力物體。但后來人們發(fā)現(xiàn),通過量子力學(xué)可以解釋這個(gè)現(xiàn)象。


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在量子場(chǎng)論的眼光中,真空并不空,而是充滿了無法探測(cè)的電磁振動(dòng)。這些振動(dòng)有著不同的“聲調(diào)”,而能夠傳到兩塊金屬板之間的,就只有一部分“聲調(diào)”的電磁振動(dòng)。這種選擇性就是卡西米爾效應(yīng)的來源。當(dāng)然,這里的解釋非常粗淺,只是一種直覺上的解釋,要完全正確的解釋卡西米爾效應(yīng),還是要去認(rèn)真學(xué)習(xí)相應(yīng)的物理理論和公式。


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