科学家创造出迄今为止最大的水下声音

研究人员用x光激光轰击微小的喷水口，以在水下产生最大可能的声音。(照片来源:cliudiustan/Rutgers university Newark)

由斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的科学家加布里埃尔·布拉杰领导的研究小组已经产生了可能是最大的水下声音。利用SLAC的线性加速器相干光源(LCLS)x射线激光，研究人员喷射出微小的水柱，产生超过270分贝的难以置信的声压。

这声音很大，非常大，摇滚音乐也很大，那么声音到底有多大？令人惊讶的是，噪音强度的确有上限。

许多上过科学课的人都听说过分贝，这是声音响度的一种量度。在这个音阶的低端是人们的听觉极限——例如，10英尺外蚊子的嗡嗡声。55分贝是我们正常谈话的音量，闹钟可以达到80分贝，链锯可以达到100分贝，喷气式飞机从100米(330英尺)起飞时可以发出130分贝的痛苦声音。摇滚音乐会的音量可以达到150分贝(你以为我们在开玩笑)。

这类似于热。理论上，绝对零度是最低温度，因为一旦你把一个物体的所有能量都抽出来，分子就会停止运动，温度就没有下降的空间了。温度也有一个理论上限。你可以把一个物体加热到几亿度，但是在某个时候，过热的等离子体中有太多的能量，原子会分解。增加更多的能量会产生更多的亚原子粒子。

声音也是如此，它是一种压力波。在零分贝时，没有压力波，但是在最大极限时，声音传播的媒介将开始分解，所以声音不能再大了。

当研究人员用x光激光轰击水的微射流(直径在14到30微米之间)时，就会发生这种情况。当一个短的x光脉冲击中水流时，水蒸发并产生冲击波。然后，冲击波穿过射流，形成由交替的高压区和低压区组成的“冲击波序列”。换句话说，这是一种非常响亮的水下声音。

研究小组发现，一旦声音强度超过某个阈值，水就会分解，变成充满蒸汽的小气泡，在空化过程中会立即破裂。这种现象也可能发生在高速螺旋桨上，或者当螳螂决定变得凶猛时。这也意味着，由于X射线产生的声波压力刚好低于分解阈值，它的声音和水下声音一样大。

研究小组认为这一发现不仅具有学术价值。通过更好地理解这些冲击波序列的工作原理，有可能找到一种方法来保护水射流内部用于原子尺度分析的微样品免受损伤，这对于开发更好的药物和材料有很大帮助。

蝌蚪工作人员从纽特拉斯编译，翻译李同信，转载必须授权