如果宇宙不是真空的状态,宇宙中会有声音吗?
不论是科幻电影,还是书本上学到的知识,都告诉我们:太空中是无法传播声音的。这种说法听得久了,大家都把它当作默认的事实了,但是从来没有自己认真思考过。
大家都知道,宇宙空间之所以是没有声音的,是因为声音无法在宇宙空间传播。
不过,你有没有对这个问题深入思考过呢?或者说,这个说法背后的科学事实是什么呢?那片地球大气层以外的太空,真的是完全真空的吗?
仔细想想,这个问题还是值得思考的。我们知道,在地球之外,还有恒星、行星、小行星等大量的天体,但是我们还是称之为真空。可是不论是按照字面理解还是从定义上分析:真空都是什么都没有的空间、连微观粒子都不能有的区域,那么太空真的是真空吗?
的确如此,从严格意义上来说,太空并不是完全的真空。因此在一些严谨的场合,科学家们都称之为“高真空”,只不过我们平时省略了一个字而已。根据科学家的观测,虽然太阳等天体的质量如此巨大,但是和天体之间的距离相比实在是微不足道。如果把宇宙所有的粒子都分散排布,那么每立方米空间只能分到几个中子或者质子的质量,可见宇宙有多么空旷。
实际上,绝对的真空是不存在的。由于微观粒子是在不断运动的,虽然某一刻某个位置可能没有任何粒子,但总会有粒子运动到这里,而且时间不会很久。
当然了,虽然没有完美的真空,但宇宙空间还是足以阻断声音的传播的。这就要说到声音传播的本质了。只有了解声音的本质,才能真的明白为何太空无法传递声音。
中学物理告诉我们:声音的本质是波。所谓的波,指的是一种振动。从微观上看,某个粒子受到波源的影响而振动,进而影响周围粒子的状态,于是大量粒子在受到影响后以相同的模式振动,实现的波的传递。在这个过程中,也伴随着能量的传播。
举个例子,当你弹吉他的时候,琴弦会振动。这种最初的振动会导致在它周围的粒子产生连锁反应,最终传播到你的耳中。同样的,当你向水中扔一块石头,石头也会掀起涟漪,涟漪的波动影响更外侧的水,于是涟漪扩散出去。在这两个例子中,都有能量的传递:琴弦的能量传播到空气中促使空气中的粒子振动;石头的能量传播给水导致水的振动。随着能量的流失,距离波源越远的地方接收到的能量越弱,所以离得远你就听不清琴声、看不见涟漪。
说了这么多,你应该明白了:声音的传播需要粒子。如果没有粒子配合振动,那么声音就无法传播出去。当然,粒子的宏观表现就是物质,所以说声音的传播必须在物质中进行,也就是所谓的需要介质。传播声音的介质可以是空气,可以是水,也可以是墙,总之不能没有。
当你来到太空之后,由于高真空环境下粒子极少,几乎可以忽略不计。所以如果你在太空中弹琴,虽然琴弦会振动,但是周围没有其他粒子跟着振动,能量就传播不出去。当然了,因为琴在你手里,你身体的粒子会配合振动,所以你自己是可以听见的。至于别人如果想在太空听你弹琴,就只能和你有身体接触才行。
按照这个说法,如果两个宇航员都踩在月球表面,有月表物质充当介质,应该可以对话吧?理论上是没错,但你说话的声音所携带的能量远远不够传播那么远的。想一想,你家的一堵墙就可以隔开邻居家的声音,何况是你的身体和月球呢?
那么,宇航员在太空中如何沟通呢?无线电。
无线电和光一样,都是电磁波,而电磁波是可以在真空中传递的。
这是为什么呢?科学家告诉我们:同样是波,声音(机械波)和光(电磁波)还是有区别的。机械波的传播是需要介质的,但电磁波不需要。电磁波的本质是光子,光子本身就是粒子,就不需要介质了。上百年前的科学家不了解光子,一度认为宇宙空间有一种叫做以太的介质来传播光,但是当爱因斯坦提出光量子假说后,以太的说法也就不攻自破了。所以说,光的传播不仅不需要介质,反而因为没有光子和其他粒子的相互作用,所以光在真空中传播更快。
那么,在宇宙中,声音真的完全无法传播吗?
其实也不是。
除去在星球表面大气层内传播之外,声音也还有机会在星际空间传播。因为在宇宙中,还有很多浓密的气体云和尘埃物质,它们有的是死去恒星的残骸,有的甚至还会成为新恒星诞生的摇篮。在这里,由于引力的作用,物质会相互聚集,变得非常密集。因此,只要这些星际尘埃或气体足够密集,那么它们也是可以传播声音的,甚至可以传播得很远。
而且,它们不仅可以传播声音,甚至可以产生声音。粒子或者物质之间相互碰撞、摩擦,就会产生振动,而振动就会发出声音。因此,如果我们有探测器能够来到这样的区域,还是可以听到星云的声音的。
更有趣的是,即使是科学家口中连光都能吞噬的黑洞,也会发出声音。
2003年的时候,NASA的钱德拉X射线望远镜就曾经检测到2.5亿光年以外的英仙座有一个黑洞,正在释放能量强大的波纹,这些波纹在英仙座星系团内传播,形成了一层层的涟漪。科学家们将这些振动利用钢琴转换成了音符,发现这个黑洞正在以降B调“唱歌”。
NASA的科学家介绍:B调是宇宙中发出的最深沉的声音,其频率非常低,是人类已知听觉极限的几十亿倍。
另外,我们知道,像太阳这样的恒星会产生大量的辐射,释放出许多高能粒子。因此,科学家也曾经记录太阳辐射出来的粒子打在探测器上发出的声音,这大概就是太阳的声音吧!
因此,宇宙空间虽然不能传播声音,似乎非常安静。但是,所有的天体都暗藏着自己的韵律,如果我们真的能听到其中的声音,应该也是一件很有趣的事吧!