把空水杯放耳朵上，会有一种大海的声音，这是为什么？

当我还是个孩子的时候，我第一次去海边，第一次看到比我拳头大的蜗牛壳，我做了每个人都做的事:我把蜗牛壳放在我的耳边，听它说话。我听到一些声音，好像是从很远的地方传来的，有些人似乎称之为大海的声音。当然，如果你想听这种声音，你不需要螺丝外壳。你可以拿一个空杯子，甚至用手捂住耳朵。但是大海似乎听得更清楚，更像大海。

这声音是怎么来的？似乎没有任何东西发出任何声音，所以我们听到了什么？

这张照片来自皮克斯拜。

我们可以做一些小实验来观察。

首先，我们注意到螺旋壳和杯子都不能完全盖住耳朵。耳朵和容器之间总是有一个缝隙，并且其中的空间总是与外界相连。如果你试图堵住这些缝隙，你会发现声音似乎已经消失了，或者至少变得更小了。这表明这个声音与外界有关，可能来自外界。

然后，为了验证这一点，我们可以做一个小的对比测试:打开房间里的风扇或空调，切换到噪音较高的模式，然后听杯子。关掉风扇或空调，听听杯子的声音。最后躲在床上再听一遍。你会发现，当外部噪音似乎相对较大时，在杯子里听到的声音也相对较大。如果没有噪音，听到的声音相对较小。因为所有其他条件都是相同的，这表明杯子里的声音应该来自外部噪音，但它与杯子和耳朵间隙之间的气流无关。

最后，当我们听声音时，我们会发现我们听到的声音似乎与容器的形状有关。可以使用不同的杯子或容器进行比较，更方便的方法是用虚拟拳头盖住耳朵，然后用另一只手盖住并打开虚拟拳头另一端的开口。你会发现声音，尤其是音调，已经明显改变了。

如果我们想考虑音调的变化，我们知道的最熟悉的例子是各种管乐器。管乐器能够发声的原因是它里面的空气形成了一个共振腔，这个共振腔将簧片或吹口的声音改变成一种能够引起内部空气和乐器本身共振的声音。如果我们参照这个原理，水杯的声音可以很好地解释:在水杯和耳朵之间形成一个共振腔，空气可以通过共振来集中某些频率的声音，而外部噪音是“播放”共振腔的“玩家”。这可以解释我们以前观察到的现象:如果缝隙被堵住，外部噪音的空气振动就不能传递到内部，当然也听不到声音；如果外面没有噪音，没有人会“玩耍”，自然也不会有声音。我们能听到的声音取决于共振腔中空气共振的频率，所以改变共振腔的形状会改变声音。

这张照片来自皮克斯拜。

可以说，“海的声音”实际上是外界微小声音的振动，它通过缝隙传递到耳朵和外壳之间的共振腔，被空气的共振所集中，然后被我们听到。我们之所以关注这种声音，是因为共振腔只关注特定频率的声音，所以我们听到的声音有特定的音高和音色，就像乐器一样，不同于外界的混乱噪音。在海边听到的“大海的声音”之所以更加清晰和令人印象深刻，是因为海边不断的高低波也给我们听到的“大海的声音”赋予了一种特殊的节奏。

或许令人惊讶的是，类似的想法也可以用来生动地解释量子力学中的一个神秘现象:卡西米尔效应。人们发现，如果两块不带电荷的金属板在真空中平行放置，当它们紧密贴合时，两者之间会产生一种神秘的力，试图将它们拉在一起。就像“大海的声音”一样，人们起初并不知道这种力量的来源，因为似乎没有施加力量的物体。然而，后来发现量子力学可以解释这一现象。

在量子场论看来，真空不是空的，而是充满了无法探测的电磁振动。这些振动有不同的“音调”，只有一部分电磁振动的“音调”可以在两块金属板之间传递。这种选择性是卡西米尔效应的来源。当然，这里的解释很肤浅。这只是一个直观的解释。为了全面而正确地解释卡西米尔效应，我们还必须仔细研究相应的物理理论和公式。

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