次聲與超聲

竇光宇

次聲波和超聲波都是人的聽覺器官無法接收的聲音范圍。與聲波相比，次聲波比普通聲音振動(dòng)慢，具有很強(qiáng)的穿透力；超聲波具有更好的指向型，在傳播中的能量損耗小。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人類正在不斷發(fā)現(xiàn)和掌握它們的規(guī)律和特性，并用來為社會(huì)服務(wù)。特點(diǎn)不同各領(lǐng)風(fēng)騷

次聲波的頻率在20赫以下，波長(zhǎng)卻很長(zhǎng)，傳播距離比聲波、光波和無線電波都要遠(yuǎn)。例如，頻率低于1赫的次聲波，可以傳到幾千以至上萬千米以外的地方。1960年，南美洲的智利發(fā)生大地震，地震時(shí)產(chǎn)生的次聲波傳遍了全世界的每一個(gè)角落。1961年，前蘇聯(lián)在北極圈內(nèi)進(jìn)行了一次核爆炸，產(chǎn)生的次聲波竟繞地球轉(zhuǎn)了5圈之后才消失。次聲波不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅(jiān)固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機(jī)都不在話下。次聲波穿透人體時(shí)，不僅能使人產(chǎn)生頭暈、煩躁、耳鳴、惡心、心悸、視物模糊，吞咽困難、胃痛、四肢麻木等癥狀，還能破壞大腦神經(jīng)系統(tǒng)，造成大腦組織的損傷，對(duì)心臟影響尤為嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致死亡。許多自然現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，如火山爆發(fā)、地震、大隕石落地、大氣湍流、海嘯、電閃雷鳴、波浪擊岸、水中漩渦、空中湍流、臺(tái)風(fēng)、磁暴、極光、冰雹等等，都會(huì)伴有次聲波的發(fā)生；在與人類有關(guān)的活動(dòng)中，諸如核爆炸，飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈飛行，火炮發(fā)射，也都會(huì)產(chǎn)生次聲波。

與次聲波相比，超聲波的振動(dòng)頻率要高得多，超過每秒2萬次。實(shí)踐證實(shí)，利用超聲波的劇烈振動(dòng)可以對(duì)各種物體進(jìn)行清潔處理，被稱作是“無刷清洗”。清洗時(shí)不必將物件拆開，也不用任何刷、搓、滾動(dòng)等動(dòng)作，既省時(shí)又省力。利用這種清洗方式可以清洗十分復(fù)雜的零件、深孔、空穴、凹槽、暗洞、盲孔及狹縫中的污物。在一些難以清洗或?qū)θ梭w健康有損害的場(chǎng)合，更有用武之地。從20世紀(jì)中期開始，人們開始把超聲波用于對(duì)人體內(nèi)部器官進(jìn)行探查。至今，超聲波診斷儀已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)很大的家族。

物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超聲波穿過液體時(shí)，形成的氣泡迅速增大并隨即坍塌到一個(gè)非常小的體積。在這一過程中，氣泡內(nèi)部的溫度超過1000萬攝氏度，原子、分子間彼此碰撞，高能粒子形成了等離子態(tài)并同時(shí)發(fā)出瞬間閃光。兩位美國科學(xué)家用特殊的丙酮做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。之所以說特殊，是因?yàn)楸肿又械臍湓尤浑?氫的同位素之一)原子代替。結(jié)果獲得的氣泡直徑只有在水中獲得氣泡直徑的百分之一，氣泡膨脹則增大近10萬倍。因此，在壓縮時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)高達(dá)地球大氣壓的10億倍。在氣泡消失后，研究人員發(fā)現(xiàn)了核聚變的產(chǎn)物。與此同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的氚，這是氫的另一種放射性極強(qiáng)的同位素。科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“氣泡核聚變”的發(fā)生。產(chǎn)生的氚，雖然為數(shù)不多，但終歸是為氚這種核聚變?cè)系闹圃焯峁┝艘环N方法。

應(yīng)用領(lǐng)域各有所長(zhǎng)

自然界里的一些生物對(duì)次聲波的適應(yīng)能力要強(qiáng)于人類。即使是鳥類、貓、狗等小動(dòng)物，在某一頻率段的次聲波下也不會(huì)受到傷害。人耳聽不到次聲波，但水母卻聽得到，甚至能夠清楚地“聽”到快速氣流與海水摩擦?xí)r生成的、頻率區(qū)間在8～13赫的次聲波。科學(xué)工作者從水母耳的特殊構(gòu)造中得到啟發(fā)，研制成功了靈敏度極高、專門用來探測(cè)次聲波的“水母耳風(fēng)暴探測(cè)器”，它能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)漁民和海員是極大的幫助。由于次聲波具有極強(qiáng)的穿透力，因此，國際海難救助組織在一些遠(yuǎn)離大陸的島上建立起“次聲定位站”，監(jiān)測(cè)著洋面。一旦船只或飛機(jī)失事墜海，可以迅速測(cè)定方位，進(jìn)行救助。

同樣，超聲波的頻率雖然超出人耳接收聲波振動(dòng)的范圍。但一些動(dòng)物卻可以感知。根據(jù)仿生學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)原理制造的聲吶發(fā)射機(jī)，具有發(fā)射和接收兩部分，可以發(fā)出各種不同頻率的超聲波。超聲波在傳播過程中，碰到物體便被反射回來，并能夠被接收機(jī)所接收。根據(jù)超聲波從發(fā)出到接收的時(shí)間，就可以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并探測(cè)出它的距離。聲吶的工作頻率大約從幾赫至幾百千赫。作用距離可以從幾米直至上千千米，是現(xiàn)代導(dǎo)航和定位的重要手段。特別是完成水下目標(biāo)探測(cè)和通訊任務(wù)具有特殊作用。

人們從20世紀(jì)40年代開始，就將超聲波用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中，進(jìn)行產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量探查、清潔被污染的水源、分解溶于有機(jī)溶液中的聚合物。超聲波能夠很明顯地增加金屬表面的反應(yīng)速度，因而成為化學(xué)合成的重要手段。鎂、鋰、鋅等一些活躍的金屬，在超聲波的作用下可以大大提高它們的活性和壽命。超聲對(duì)合成生物材料也有很大的作用，能夠重新合成、分解和排列分子，并能使物體微粒懸浮在空中。利用超聲波還可以制造沒有晶體結(jié)構(gòu)的金屬，獲得有更多功能的新型材料。

用作武器各顯其能

利用次聲波對(duì)人員具有殺傷破壞力的功能，在軍事上可以制造新型武器。這種武器具有傷人不毀物的特殊功能，因此更容易達(dá)到某種特定的軍事目的。現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)中的次聲波武器可分為兩類，一類是神經(jīng)型次聲波武器，其振蕩頻率同人類大腦的節(jié)律極為近似，產(chǎn)生共振時(shí)，會(huì)強(qiáng)烈刺激人的大腦，使人神經(jīng)錯(cuò)亂，癲狂不止；另一類是內(nèi)臟器官型次聲波武器，其振蕩頻率與人體內(nèi)臟器官的固有振蕩頻率相近，產(chǎn)生共振時(shí)會(huì)使人的五臟六腑產(chǎn)生劇烈疼痛，甚至致人死亡。據(jù)說，有些國家已經(jīng)在實(shí)戰(zhàn)中秘密使用過這種次聲波武器，產(chǎn)生的威力很大。

近年來，一些國家致力于次聲炸彈的研制。盡管眼下尚處于研制階段，但科學(xué)家們預(yù)言，只要次聲炸彈一聲爆炸，瞬息之間，在方圓十幾千米的地面上，所有的人都將被殺死，無一能幸免。次聲武器能夠穿透15厘米的混凝土和坦克鋼板，人即使躲到防空洞或鉆進(jìn)坦克的“肚子”里，也一樣難逃厄運(yùn)。次聲炸彈和中子彈一樣，只殺傷生物而無損于建筑物，但次聲彈的殺傷力遠(yuǎn)比中子彈強(qiáng)得多。

同樣，超聲波在現(xiàn)代武器研制中也顯示出獨(dú)特的威力。美國科學(xué)家開發(fā)出了一項(xiàng)超高音速聲音系統(tǒng)(HSS)，將用于未來戰(zhàn)爭(zhēng)的心理戰(zhàn)。HSS系統(tǒng)的原理是把聲波轉(zhuǎn)換成超聲波信號(hào)。一束極為狹窄的聲波，使得只有特定的接受者才能聽見。這種高度定向的聲音聽起來就好像來自你的面前，而事實(shí)上它很可能是從幾百米之外發(fā)出來的。發(fā)送器大小不同，細(xì)點(diǎn)的只有1米，粗的可以達(dá)到6米，視需要而定。使用它們，就可以發(fā)出大小隨意的聲束了。試驗(yàn)者聽到了一個(gè)來自100米之外的聲音，那聲音非常清晰，但是當(dāng)他往旁邊挪了幾步之后，就什么也聽不見了。這一技術(shù)可以擾亂敵人的判斷力，讓他們以為有什么東西就在附近。型號(hào)比較小的聲波發(fā)送器完全可以讓敵人無法觀察到，而幽靈一般的聲音足以令神智最清醒的士兵也精神錯(cuò)亂。(文章代碼：0408)

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