两国的核潜艇在深海相撞，事后双方还不知到底撞到了啥，这样的事有吗？英国和法国就上演了这么一出。
　　不过，这究竟是怎么回事呢？
惊人的对比
　　人类最远的通讯距离是飞出太阳系的旅行者一号，目前距离地球206亿公里（截止16年12月5日）;最远的探测距离，则是那些数十亿光年外的星系。而核潜艇，动辄十几亿美元，它们在深海，能“看到”的距离，以及互相之间的通讯距离却是以米来计算的。
　　用“鼠目寸光”已远不足以形容潜艇在海中的短视，跟陆地上的电磁波探测一对比，海中的潜艇是货真价实的“瞎子”。
　　很多人纳闷的是，人类已进入21世纪，为什么水下探测和水下通讯还是那么原始和落后？用某种特殊频段的电磁波不行吗？为何还像蝙蝠一样，非得用声波？
为什么要用声波
　　一个事实显而易见，在一片很清澈的大海，阳光最多也就能照射到海面往下200米处，这是一个分界线，往下，浮游植物因没有足够阳光进行光合作用，故200水深以下大多没有植物存在。若是在一片污染严重的海域，阳光也就到达水下1米左右。
　　你可以回忆一下，游泳时，你在水下能看到多远的距离？
　　光是电磁波的一种，如果光在水中的穿透性如此差，那么其他电磁波，比如各种雷达波，它们也好不到那里去。
　　因此，非常可惜，虽然人类可以用雷达探测几千公里外飞行的弹道导弹，用天文望远镜观测十几亿光年外的星系，但这些技术统统在海中都不好使。
　　所以，我们才说：
　　我们对月球表面的了解，比我们对自己星球深海的了解还要多！
　　我们对太阳内部的了解，远比我们对地球内部的了解还要多得多！
　　既然各种无线电探测在海下不能用，那么其他黑科技呢？
　　中微子能穿透地球，用它通讯和探测，如何？很遗憾，外星人还没有教过我们。
　　水下量子通讯呢？也许快了，外星人正从半人马座进击到地球的路上。
　　声呐专家告诉我们，目前，在水下，我们唯一能依靠的就是声波，像蝙蝠一样！

1枚不到2公斤的普通小炸弹在水中爆炸，声波可传输4200公里以上。（动图中的爆炸为鞭炮在水中的爆炸，可以看到，形成的大“气球”迅速被水压弄回原形。）

　　声呐原理
　　说到声音，我们就熟悉了。潜艇上的被动声呐就相当于我们的耳朵，而主动声呐有点儿类似于嘴与耳朵的结合，闭着眼睛喊一声，两秒后听到回音，于是你就可以说了，“据老夫判断，340米处有一大山。”
　　潜艇中的主动声呐当然不能靠喊，它靠电。你说，那万一停电了呢，或者是主动声呐坏了，喊可以吗？可以吗？
　　这个……其实还有更好的办法。

敲潜艇……

嘿哟嘿哟……

　　这种敲击潜艇的方式在电影中见过，现实中有没有用过不可考，只知道，各国曾用手榴弹在水中的爆炸，从而向水下潜艇传递信息。
　　声波是核潜艇在水下的唯一依靠，它如此重要，我们有必要来了解一下声呐的原理，实际上，它比我们想象的还要有趣。
　　完全可以说，声呐上用到的原理每个人都会用到，而很多老烟民一天得用十几二十次，只是大家都没有意识到。

往下按，产生电火花。

 
压电点火器。

　　不少人以为，打火机中那黑黑的一坨是电池，存储着电力，其实不然。它是一种压电陶瓷，依靠你拇指的机械压力产生电压，从而引发点火花。这意味着，打火机中的点火器可以不必扔掉，即使存放多年，它依然还能工作，因为它不是电池。
　　1880年，皮埃尔·居里和雅克·居里两兄弟发现了压电效应。可以想见，这两兄弟当时远不会想到，他们的发现未来将会走进千家万户的煤气灶点火开　　关上，烟民的手上，炮弹触发引信以及大海中价值十几亿美元的核潜艇上。也可以想见，那时的大众，对于压电效应的发现并没有多少关注。科学研究从来都是——前人默默栽树，后人痛快乘凉。

压电效应示意图，图片来自Tizeff。

　　如上图所示，在一块压电材料中施加压力，就会产生电流。这是机械能转换为电能的过程。
　　压电材料有多种，其中一种是压电陶瓷，它很灵敏，一点点微小的压力都会产生电压，这下就好办了，压力的大小也许难以量化，但是电压的变化却可以非常之精确。
　　而声波就是压力——声压。敌方潜艇螺旋桨的嗡嗡转动声，产生声压，触碰到我方潜艇的压电陶瓷上，这个起伏不定的声压就会转化为起伏不定的电压，于是就能听见对方潜艇的大概方位了。
　　反过来，主动声呐则是要发出声波，怎么发出呢？很简单，还是以压电陶瓷来举例，既然声压会带来电压，那么反过来，在压电陶瓷上施加一个电场，压电陶瓷岂不是就会产生形变？就是这么回事，材料的快速形变就是声音了。想要什么频率的声音，比如次声波、声波，还是超声波，这取决于我们所施加的电场，这就是主动声呐。当然，除了用变换的电场可以让材料产生形变外，磁场也可以，这就是磁致伸缩效应。
潜艇相撞
　　既然有了探海神器——声呐，两国的核潜艇为何还要相撞，“眼瞎”了吗？哦不，“耳聋”了吗？！
　　核潜艇很贵，知道不！万一撞坏了反应堆，核泄漏了，人类该怎么办？

图为英国前卫号核潜艇，2009年它与法国凯旋级核潜艇相撞。

　　1912年，泰坦尼克号若是有主动声呐，就不会撞冰山并导致1500人死亡。而现在，声呐何其先进，为何核潜艇在深海潜航时，不开主动声呐呢？
　　是这样的，核潜艇如果没有隐蔽的优势，那么它也就失去很大一部分价值了，你虽躲在深海，却随时被敌方知晓位置，要你干嘛？一艘驱逐舰不就可以代替你了吗？
　　本是个黑夜杀手，却在夜行时打着一把大功率探照灯（开主动声呐），你照亮了别人，照亮了路，也照亮了你自己。
　　所以，核潜艇，尤其是弹道导弹核潜艇在深海潜航时，它们是不能随便开主动声呐的，只用被动声呐探知周围可能的敌舰。
　　英法潜艇相撞后，法国潜艇还以为是撞上什么不明物体，受损严重，花3天时间才返回港口，查看伤势后法国海军随即宣布疑似撞上了集装箱，英国一听，赶紧找法国比照双方潜艇的伤势，最终才知晓原来是两国核潜艇相撞了。
　　说到这里，问题又来了。
　　有没搞错？几百米深的海下，四周黑得伸手不见五指，而那些核潜艇们又不开主动声呐探路，这万一撞到了海底山脉什么的，可怎么是好？就算撞不到冰山撞到花花草草也不好嘛。
　　这问题跟潜艇的水下导航有关，鉴于篇幅有限，请关注科普中国，下次聊。

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。本文由科普中国融合创作出品。

出品：科普中国

制作：寒木钓萌

监制：中国科学院计算机网络信息中心