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“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、說話聲——各種聲音就接連涌進我們的耳朵里，除了睡覺的時候，我們幾乎時時刻刻都能聽到它們，可聲音到底是什么呢？又是怎么來的呢？

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，同時仔細觀察鼓面，感覺到了嗎？

沒錯，鼓面在振動，這就是聲音的本質(zhì)——由物體振動產(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有電話線連接，但是在我們周圍其實到處都是聲音的“信使”——空氣?？諝饫镉泻芏嗟獨?、氧氣等氣體分子，鼓的振動帶動了它附近的氣體分子的振動，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，聲波穿過外耳道后就會撞上它，讓它振動起來，鼓膜接著把振動傳給聽小骨，最后再傳到耳蝸里的液體那里，使液體發(fā)生波動，這種波動被神經(jīng)細胞轉(zhuǎn)化成神經(jīng)沖動，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，無論是空氣、水，還是固體都可以成為聲音傳播的介質(zhì)，沒有介質(zhì)聲音就無法傳播，最先發(fā)現(xiàn)這一點的是17世紀的英國物理學家羅伯特·波義耳。

當時，他做了一個非常著名的實驗。波義耳將一個鬧鐘放進了一個大玻璃罩里，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“魔術(shù)”，讓鬧鐘安靜下來了！

他用真空泵抽走了玻璃罩中的空氣，隨著空氣越來越少，鬧鐘的聲音也越來越弱，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，這是因為聲音的傳播需要介質(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)，這就像是為聲波設置了一條鴻溝，讓它無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規(guī)則。就在不久前，科學家們發(fā)現(xiàn)真空也在極短距離內(nèi)能傳播聲音！

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

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，中國物理學會會員）

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