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為什麼聲音可以在真空中傳播

在適當的條件下,聲音可以通過完全的真空傳播。現在,兩位物理學家在芬蘭于韋斯屈萊大學的Zhuoran Geng和Ilari Maasilta塔解釋了這些條件。

他們的研究成果代表了第一次對聲波隧道效應進行了深入研究,這種效應使聲音能夠在真空中「跳躍」或「穿隧」。

自從上世紀60年代以來,我們就已經知道聲波隧道效應的存在,但科學家們直到最近才開始對這一現象進行研究,因此我們對其工作原理還沒有很好的理解。

Zhuoran Geng和Ilari Maasilta的研究表明,聲音是通過晶體的逆壓電效應在真空中傳播的。當晶體受到聲波的振動時,振動會傳遞給相鄰的粒子,我們通過耳朵中的敏感膜感知到這些振動。

完全的真空是沒有介質的。由於沒有粒子振動,聲音本不應該傳播。

但是,存在一些漏洞。只要滿足一定條件,被認定為真空的空間仍然可以產生聲音。例如,當我們將鋅氧晶體暴露在電場中時,晶體會變形,這就是逆壓電效應。

接下來就有趣了。聲音振動會產生機械應力。Zhuoran Geng和Ilari Maasilta使用鋅氧晶體作為壓電晶體,他們發現,如果滿足一定條件,晶體可以將這種應力轉化為電場。如果第二個晶體與第一個晶體在一定範圍內,它可以將電能轉化回機械能,這樣聲波就穿越了真空。為了實現這一點,兩個晶體之間的間隙不能超過初始聲波的長度。

該系統的示意圖,由兩個壓電固體組成,由真空中的一個間隙分開。

而且,這種效應與頻率成比例。只要真空間隙按比例縮小,甚至超聲波和超音速頻率也可以在兩個晶體之間的真空中穿隧。

由於這種現象類似於量子力學中的隧道效應,這項研究的結果可能有助於科學家研究量子信息科學以及其他物理學領域。「在大多數情況下,這種效應很小,但我們也發現了一些情況,波的全部能量可以在真空中以100%的效率跳躍,沒有任何反射。」Maasilta說。

因此,這一現象在微機電組件(MEMS,智慧型手機技術)和熱控制方面可能會有應用。該研究已發表在《通信物理學》雜誌上。

責任編輯: 李華  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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