世界上最強聲音誕生:270分貝!!

2019-05-25 17:53:11

由SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家Gabriel Blaj領導的團隊已經產生了可能是迄今為止最大的水下聲音。研究人員使用SLAC的Linac相干光源(LCLS)X射線鐳射器轟擊微小的水射流,創造超過270分貝的令人難以置信的聲壓。



這是一個非常響亮的,超越搖滾音樂會的聲音。不過令人驚訝的是,噪聲的強度有一個實際的上限。


大多數參加過科學課程的人都聽說過分貝音階,它可以測量聲音的響度。在音階的最低端,是人類聽覺的極限-比如10英尺外的蚊子嗡嗡聲。55分貝是我們正常說話的聲音,鬧鐘的聲音達到80分貝,電鋸工作時可以製造100分貝的噪音,而噴氣客機在距離100米時就可以聽到130分貝巨響,而搖滾音樂會的聲音會達到150分貝,沒錯比客機聲音還大。


奇怪的是,在空氣中,聲音最大不能超過大約194分貝,而在水中大約是270分貝。

這有點像熱力學上的知識:絕對零度是最冷的溫度,因為一旦你從物體中抽出所有能量,分子就會停止運動,溫度便無處可去。當然,溫度也有理論上限。你可以將物質加熱到數億度,但在某些時候,過熱等離子體中的能量就會被原子分解,隨後增加更多能量,所有發生的事情都只能是產生更多的亞原子粒子。


聲音也是如此,這是一種壓力波,在零分貝時,沒有壓力波,但在另一端,聲音傳播的介質開始分解,因此它不會變得更響亮響亮。


研究人員用X射線鐳射器摧毀微噴射水流(直徑在14到30微米之間)時,就會發生這種情況。當短X射線脈衝撞擊水時,它會蒸發併產生衝擊波。然後,這個衝擊波穿過噴射器並在由高壓和低壓交替區域組成的“衝擊波列車”中形成自身的副本。換句話說,一個非常響亮的水下聲音。


該團隊發現,一旦聲音的強度超過一定的閾值,水就會破裂並變成小氣泡,這些氣泡會在一個叫做氣蝕的過程中立即坍塌。這種現象在高速螺旋槳中也可見,在蝦蛄(皮皮蝦)向甲殼類動物發起進攻時也有這一現象。因為X射線產生的聲波中的壓力剛好低於分離閾值,這個時候的水下聲音會變得最為響亮。


這一發現不僅具有學術價值,同時也有可能找到方法來保護在水射流內進行原子尺度分析的微型樣品免受損壞,這對開發更好的藥物和材料有很大幫助。


該研究發表在Physical Review Fluids上。




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