科學家首次實現在真空中傳遞聲波

【2023年09月02日訊】(記者林達編譯報導)「在太空中,沒人能聽到你的尖叫聲。」對於一部以太空為背景的恐怖電影來說,這是一個絕妙的宣傳海報標語,因為太空是絕對寧靜的這個概念既可怕又真實。聲波(也稱為「聲學聲子」,acoustic phonons)需要粒子才能傳播——無論是通過空氣、水還是其它媒介——而太空是近乎真空的狀態,其中沒有足夠的粒子來傳播聲音。

芬蘭于韋斯屈萊大學(University of Jyväskylä in Finland)的科學家成功地將聲音以遂穿的方式傳遞並通過了兩個固態物體(即兩個氧化鋅晶體)之間的真空間隙。

研究人員7月14日發表在《自然》(Nature)旗下的開放期刊《通訊‧物理》(Communications Physics)上的論文中寫道:「(聲波)在真空中不存在,因此一般認為:兩種分離介質之間的真空不可能傳輸聲波。 然而,在原子尺度上,原子核的振動可以通過真空中的電相互作用傳播。因此,可以提出一個問題,聲子是否也可以通過某種電磁機制在大於原子尺度的真空間隙中傳輸。」

該研究所使用的晶體都是壓電晶體,這意味著在其受到熱量或機械應力時會產生電流,這里的機械應力也包括聲音。由於電可以存在於真空中,因此聲音實際上可以從一個晶體跳躍或傳遞到另一個晶體。

這種「傳遞」發生在人類可聽到的聲音頻率範圍之內,以及超出人類聽覺範圍的超聲波和高超音速頻率。當然,有一個大問題——這兩個晶體之間的距離不能大於聲波本身的波長。因此,隨著頻率的增加,兩個晶體之間的間隙必須變得越來越小。

這種聲音「傳遞」的方法也並非完美。有時,聲波在通過電場傳播時會發生扭曲、反射或其它變化。然而,在其它情況下,聲波在微觀真空旅程中幸存下來,沒有受到影響。

「在大多數情況下,這種影響很小;但我們也發現了一些情形,其中聲波的全部能量以 100% 的效率跳躍穿過真空的情況,沒有任何反射」,於大納米科學中心的伊拉里‧馬西爾塔(Ilari Maasilta)及其研究合作夥伴作者在一份新聞聲明中說,「因此,這種現象可以在微型機電元件(智能手機技術)和熱量控制中找到應用。」◇

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