如果声速和光速一样快呢?

如果声速和光速一样快呢?

云层低垂在地平线上;空气粘稠,充满电而滋滋作响。突然,一道无声的闪电划破了天空。整整四秒钟后,轰鸣声响起。

与以惊人的每秒 186,000 英里(每秒 300,000 公里)的速度移动的光相比,声波非常缓慢,以每秒 0.2 英里(每秒 0.3 公里)的速度在空气中移动。这就是为什么你在听到雷声之前看到闪电的原因。但是,如果声速突然快了一百万倍——与光速相同,会发生什么?

当然,雷声会在闪电的准确时刻到达您的身边。但是那道闪电看起来也很诡异。声波由粒子组成,每个粒子稍微移动到足以碰撞到下一个。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学教授乔治戈林说,这会在波浪中产生更高和更低密度的区域。想想一个紧身的:当玩具移动时,线圈不断地聚集在一起,然后再次展开。声波是相似的。在低速下,密度的变化是难以察觉的。在光速下,这是一个不同的故事。

“会发生什么情况是你有相当潮湿的空气 [在闪电风暴期间],声波通过并非常用力地挤压东西,然后膨胀并且压力下降很多,”Gollin 告诉 Live Science。由于气压与温度相对应,雷声过后气压骤降会使潮湿的空气结冰。你会透过浓密的冰晶雾看到闪电。

超快的音速将彻底改变我们世界的声音。戈林说,声音听起来特别奇怪。当我们说话时,我们的声带振动以产生许多不同频率的声波,将它们泵入喉部或语音盒。在那里,相同频率的波加在一起产生更大的波——这转化为更响亮的声音。然而,并非所有频率都以相同的方式加在一起。一些完美同步,而另一些实际上相互干扰,产生更小的波和更安静的声音。如果声音在空气中移动得更快,它会改变波叠加的方式,使某些频率更响亮而其他频率更安静。在声波中,频率转化为音调,所以你得到的是一个非常奇怪的声音。

为了了解我们在一个声速移动超快的宇宙中的声音,想象一下当你从氦气球中深呼吸时的声音——就像米老鼠一样。中田纳西州立大学物理和天文学系教授威廉罗伯逊说,这是因为声波在氦气中的移动速度是其三倍。“而且我们正在谈论将声速提高一百万倍,”罗伯逊说。

罗伯逊说,如果音速突然加快,将对管弦乐队造成严重破坏。当声音在双簧管或小号的腔体内来回移动时,会产生驻波。这些驻波的作用就像你在健身房看到的拴在墙上的粗绳。当举重运动员以足够快的速度摇晃它们时,波浪开始上下摆动,但似乎没有穿过绳索。随着绳索摇晃得越来越快,波浪的数量——换言之,它们的频率——会增加。同样,当管乐器产生的声波速度增加时,它们的频率也会增加。因为更高的频率意味着更高的音调,管乐器会发出如此高的音调,人类是不可能听到的。罗伯逊说,我们必须将管乐器设计得长一百万倍,才能让它们与小提琴和大提琴保持一致。(他补充说,声速在空气中移动时的变化不会改变沿着弦的声速。)

唉,人类无法生存来经历这些惊人的变化。即使是长笛的轻声哨声,也能将其附近的任何东西炸成碎片。光在电磁波中传播,电磁波不是由物质组成,但声波是机械的——由粒子相互碰撞组成。Gollin 说,以光速行进的分子将具有“几乎无限的能量”。它会爆炸它遇到的每一个粒子,使电子飞行并产生物质和反物质的“喷雾” ——超高速碰撞产生的粒子具有与物质相反的特性。

“效果会非同寻常,”戈林说。

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