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2020年9月01日 -
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我和幾個朋友正在討論太空的問題。他們認為,太空沒有聲音,因為太空沒有空氣。比如,如果有人跟你說話,你聽不到他們在說什麼。我發現這兩種說法都難以令人信服。我認為在太空,一定有空氣;即使沒有空氣,也會有聲音,因為像無線電波和光波就可以在太空中傳播。你能把這個爭論說明白嗎?
戴夫(Dave)的回答是:恐怕你的朋友們是對的。在真空中,空氣並不存在;我們所說的「聲音」實際上是空氣中的振動。現在,就像你說的,太空中確實存在光波和無線電波;但這些波不是聲音,而是光。光的傳播不需要空氣,但這樣你就聽不到它了;你只能看到它,或者它被你的收音機解譯,然後轉換為聲音。
太空人在太空中確實會互相交談。因為宇宙飛船里有充足的空氣,所以他們可以正常交談。但當他們在太空行走時,他們只能通過頭盔里的無線電進行交談。無線電波在太空中傳播也沒有問題,但它們不是聲音;它們是無線電,必須通過太空人的耳機轉換成聲音。
但除了空氣之外的物質就不會有振動嗎?如果太空中存在氣體,為什麼聲音不能穿過它們?
琳恩(Lynn)回答道:你說的對,太空中有氣體,這些氣體確實可以傳播聲波,就像地球上的空氣可以傳播聲音一樣;不同之處在於星際氣體雲的密度比地球大氣層要小得多(它們每立方英尺的原子數更少)。所以,如果聲波在太空中穿過巨大的氣體雲,而我們在那裡聆聽,每秒只有幾個原子會撞擊我們的耳膜,所以我們將無法聽到聲音,因為我們的耳朵不夠靈敏。也許如果我們有一個巨大而靈敏的麥克風,我們就能探測到這些聲音,但對我們的耳朵來說,它將是無聲的。
在非氣態物質中也會有振動,例如,固體地球甚至太陽。雖然聲音可以在地球上傳播,但它不能從地球傳到火星,因為在這兩個行星之間基本上沒有任何物質(氣體、液體、固體)可以讓聲音傳播。
所以從嚴格意義上講,聲音振動不能在太空中傳播是不正確的,但人類在太空中是聽不到任何聲音的,卻是事實。
但在電影中,當一艘大型宇宙飛船爆炸時,附近的另一艘宇宙飛船就會發出巨大的爆炸聲。我想知道在大爆炸中(也許不像一艘宇宙飛船爆炸規模那麼小,而與超新星相當),如果一個人和超新星或飛船爆炸相距非常近,這個人能聽到聲音嗎?因為在爆炸中,被釋放的氣體的聲能可以通過,爆炸點與待在宇宙飛船(或者是地球上)的觀察者之間的真空被輸送。
琳恩(Lynn)回答說:我知道在電影中很多時候會在物體爆炸時播放聲音,但我不知道是否在任何情況下,這都是真的。因為空間是真空的,釋放到空間中的氣體會迅速膨脹,而隨著膨脹,它們的密度就會降低。
假設你在一艘宇宙飛船里,正在進行一場浩大的太空戰,而附近的一艘飛船爆炸了。爆炸的飛船會釋放氣體,從理論上講,聲音可以隨氣體一起傳播。然而,由於空間是真空的,這些氣體會非常迅速地擴散,隨著距離爆炸點越來越遠,密度會非常迅速地下降(如果你仔細想想,船上的空間與兩艘船之間的空間相比可能不是很大)。所以當爆炸到達你附近的飛船時,氣體所攜帶的任何聲音都微弱得聽不到。在我看來,你更有可能聽到的是爆炸的彈片砸在你的船體上。正如所指出的,這取決於距離;如果你的船就在爆炸的船旁邊,你可能更容易聽到一些聲音,但這對你的船和船員來說也是壞消息!
這和超新星的情況差不多;超新星爆炸產生的氣體會迅速膨脹,密度也會隨之迅速下降。我不確定你需要多近才能聽到超新星的聲音,因為我不確定你需要在哪裡才能得到接近地球大氣值的密度,這可能需要計算機模擬才能準確說出。但是為了讓大家了解氣體密度是如何隨著恆星物質的膨脹而下降的,我做了一個非常簡單的計算。如果你把一顆質量是太陽50倍的恆星,把它的質量分布在半徑相當於水星軌道距離的球體上,其密度將已經是地球海平面大氣密度的10倍左右。水星離太陽非常近,但即使在那樣的距離,你也聽不到聲音!事實上,並不是恆星的所有質量都會被噴射到太空中,也不是被釋放的氣體都具有被壓縮的衝擊波。但基本的想法是,你必須非常接近,以獲得足夠高的密度,才能夠聽到任何東西。例如,我們在地球上是聽不到超新星爆炸的。這有點令人傷感,但空間對我們來說真的很安靜。
作者: Dave Kornreich
FY: Ashley Young
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