1883年8月份,地球上发生了一次轰动一时的事件,因巨大的火山爆发所产生的声波传播了近5000千米。
当时整个地球的1/13都能听到这种声音,它传遍了整个印度洋,火山的爆发甚至摧毁了印度尼西亚的喀拉喀托岛。
可以说这次爆炸产生的响声超乎想象,即便是大炮发出的声音也不可能传播几公里之外。
那么,我们就来了解一下这种巨响是如何形成的吧!
要让你觉得某个东西很响,这里要有两个触发条件。
第一,必须要产生强大的声波。
第二,这些声波必须与你的身体相互作用。
我们将声波简单的形容成一种振动,例如一个东西掉在地上,它会将大量能量传递给周围的空气和地面颗粒,这些颗粒再撞向周围的颗粒,如此循环就形成了声波。
这种声波的形成不仅限于金属,也可以是坚硬的石块或水。
声波是由分子群的交替挤压和拉伸形成的,这种交替会形成高低压带,并且可以用压力计测量。
压力越大,这两个压力区域之间的差异就越大,声波携带的能量就越大,声音也就越大。
听觉实则是一种感觉,当声波在空气中传播时会在我们的耳朵里振动,这些振动再转换成神经信号传入我们的大脑,并再次转换成声音的感觉。
但我们判断声音的响度并不仅仅取决于声音的能量大小,还取决于我们的身体以及探测工具。
通常情况下,人们使用分贝单位来描述声音的响度。
但分贝实际上并不能直接测量响度,它只能告诉你有多少能量转化为声波在空气中荡漾。
分贝测量也并不是绝对测量的方式,它实际上是一个比率。
如果想要计算分贝值,就需要将声波的强度与某个参考点进行比较。
所谓的参考点实则就是我们人类自己,整个分贝表也是围绕着人类在地球上正常条件下的听力来设计的。
但它并非必须如此设计。
尽管分贝测量是根据我们的听觉调整的,但它仍然不能真正反映出我们能听到多少声音。
举个例子,一只蝙蝠发出的叫声可能比摇滚演唱会的分贝还高,但即使你站在蝙蝠旁边也听不到它在叫唤。
因此,单凭分贝并不能完全描述响亮的感觉。
关于上面提到的喀拉喀托火山爆炸,虽然火山附近没有测量设备,但在大约150公里之外,一个压力计测得的峰值大约相当于173分贝。
这就相当于有人在你身边开枪,比你听到的枪声还要强烈约2000倍,而这个分贝值数还不是在火山附近得出来的。
因为空气传播声波的方式有限,所以声波在空气中不能一直增强,不论注入多少能量进去。
简单来说声波存在物理极限,在海平面、0度的空气中,这个极限是194分贝,而演唱会前排也只有约110分贝。
在液体或固体里,这个极限更高。
当喀拉喀托火山爆炸时,它所产生的声波绝对是超过194分贝这个上限的。
所以最终产生的压力波在技术上不再是声波,但它仍然会震动人的耳膜,这就是冲击波。
冲击波是指当声波达到最大可能强度时发生的现象。
在某种意义上,我们仍然可以把冲击波看成是一种声音,但其强度基本上没有限制,与普通的声波有所不同。
一般情况下,冲击波比普通声波传播得更快,但能量损失也更快。
喀拉喀托火山的冲击波就是一个典型的例子,它不仅震碎了窗户,损毁了家具,甚至使墙壁破裂。
在爆炸后的几天里,这场冲击波甚至在世界各地的压力表上都有记录,因为它一直在环绕地球传播。
当然,这并不是人类唯一一次目睹巨大冲击波撼动地球的事件。
1908年,一颗小行星在西伯利亚上空爆炸,尽管没有当时的声波数据,但其冲击波将分布在2000多平方公里范围内的树木夷为了平地。
除了自然现象,人类自己也能制造巨大的冲击波,比如1公斤TNT炸药所产生的冲击波就高达185分贝,爆炸点甚至可达390分贝,这样的声音已经超出了人类听觉的极限。
最后我们来说说太空。
众所周知,太空中没有空气来传播声音,但这并不意味着太空中没有声音。
黑洞可以发出声波穿过它们周围的气体,超新星爆炸也会在恒星碎片的外壳中形成声波。
虽然这些声音很难直接与地球上的声音比较,但已有证据表明,有史以来观测到的,最强大的超新星爆炸所释放的能量,要比喀拉喀托火山爆炸时的能量高出许多倍。
尽管我们不知道这些能量中有多少转化成了冲击波并波及周围的气体,但这些冲击波绝对是非常强大的。