在经典的科幻电影桥段中,当死星被摧毁或者飞船在太空中爆炸时,观众总能听到震耳欲聋的轰鸣声。这种视听震撼固然精彩,却是一个美丽的物理学谎言。如果导演严格遵循物理定律,那不管屏幕上的爆炸多么剧烈,影院的音响都应该保持绝对的静默。
之所以会有这种差异,根源在于声音传播的基本机制。声音本质上是一种机械波,或者说是压力波。想象一下你在拥挤的人群中推了前面的人一把,这个人会不由自主地撞向再前面的人,这种推撞的动作就像波浪一样传递出去。声音在空气中传播也是同样的道理,声源震动推动空气分子,分子之间互相挤压碰撞,将能量传递到我们的耳膜。
地球被浓厚的大气层包裹,每立方厘米的空气中拥挤着数以亿亿计的分子,这为声音提供了完美的跳板。当你离开地球大气层进入太空,情况就完全变了。太空是一个巨大的真空环境,但这并不代表那里空无一物,只是物质极其稀薄。在星际空间中,每立方厘米可能只有几个原子。在这种环境下,即便发生了巨大的爆炸,被推出的微粒要想撞到下一个微粒,需要飞过极其漫长的距离。这种稀疏的密度导致压力波根本无法形成连续的传递链条,声音也就自然消亡了。
既然如此,为什么科学家们还会声称他们录制到了宇宙的声音?这是因为宇宙的寂静并不是绝对的。
我们需要打破一个固有的认知,即太空并非处处都是完美的真空。在某些特殊的天体环境中,气体和尘埃的密度依然足够高,能够支持声波的传播。美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台就曾捕捉到了一个令人惊叹的案例。在距离地球两亿多光年的英仙座星系团中心,一个超大质量黑洞正在向外喷射由于吞噬物质而产生的强大能量。
这些能量冲击着星系团内部充满的炽热气体,在气体云中激起了巨大的涟漪。这种涟漪就是货真价实的声波。通过分析这些涟漪的波长,天文学家计算出这个黑洞正在“哼唱”着一个降B调。不过,这恐怕是宇宙中最孤独且低沉的音符,它的频率比人类听觉下限还要低57个八度。按照音乐理论,我们要想听到这个声音,需要把钢琴的琴键向左延长好几米。虽然人类的耳朵无法直接聆听,但从物理定义的角度看,这确实是回荡在太空深处的声音。
除了这种真实的物理声波,太空中还充斥着另一种热闹的“声音”,那就是电磁波和带电粒子产生的波动。虽然它们不是空气振动,不能直接驱动我们的耳膜,但可以通过名为“可听化”的技术手段转化为声音。
这就像收音机的工作原理。充满了调频信号的房间里是安静的,但只要你打开收音机,它就能把看不见的电磁波转换成动听的音乐。在太空中,像旅行者号、卡西尼号这样的探测器,就扮演了收音机的角色。它们上面的等离子体波仪器可以感知太空中带电粒子的震荡。
当太阳风吹过行星的磁场时,会产生剧烈的激波;当木星巨大的磁层捕获粒子时,会产生强烈的无线电辐射。科学家将这些数据转换成音频频率后,我们听到了令人毛骨悚然的声音:有的像风穿过空旷走廊的呼啸,有的像鸟儿清脆的鸣叫,甚至还有类似海浪拍打岸边的节奏。这些并非虚构的合成音,而是通过另外一种感官维度对宇宙物理现象的如实翻译。
更令人震撼的宇宙之声,来自于时空本身的震颤。2015年,激光干涉引力波天文台LIGO让人类第一次“听”到了引力波。当两个巨大的黑洞在数亿光年外互相旋绕并最终合并时,它们剧烈地搅动了时空结构,向外辐射出引力波。
这种波动既不是声波,也不是电磁波,而是空间本身在伸缩。当这股涟漪经过地球时,它极其微弱地改变了LIGO探测臂的长度。科学家将这个频率变化转换成声波,得到了那声著名的“啾”的一声。这就像是宇宙时空结构本身的一声清脆啼鸣,标志着两个庞然大物的终极融合。
所以,当我们仰望星空时,不要觉得那里是死寂的荒原。如果我们要么有足够大的耳朵去捕捉稀薄气体中的震动,要么有能够感知电磁波和引力波的器官,你会发现宇宙其实充满了喧嚣。恒星的咆哮、黑洞的低吟、脉冲星有节奏的敲击,这些声音构成了宇宙独有的生命律动,从未停止。
来源: 张天缘的科普号
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