声音真的可以在真空中传播,我们终于可以解释如何在真空中传播
声波穿过真空间隙的艺术想象图。 (于韦斯屈莱大学)
在适当的情况下,有可能声音可以穿过完美的真空。 现在,两位物理学家已经弄清楚了这些条件需要是什么。
芬兰于韦斯屈莱大学的 Zhuoran Geng 和 Ilari Maasilta 表示,他们的发现首次严格证明了真空中完整的声隧道效应。
为了实现它,你需要两个压电材料,它们是能够将运动转化为电压(反之亦然)。 物体之间需要间隔一个小于你想要发送的声音波长的间隙,然后声音才会完全跳跃? 或“隧道”? 穿过那个空间。
我们已经了解声波隧道效应自20世纪60年代以来,但科学家最近才开始研究这种现象,这意味着我们还没有很好地理解它是如何运作的。
Geng 和 Maasilta 一直致力于解决这个问题,首先是描述研究的形式主义声隧道,现在通过应用它。
为了传播,声音需要媒介去旅行。 声音是由振动引起介质中的原子和分子振动而产生的; 那个振动是传递给相邻的粒子。 我们通过敏感膜在我们耳中。
完美的真空是完全没有介质。 由于没有粒子振动,声音应该无法传播。
但也有漏洞。 真空状态下仍然可以通过电场产生嗡嗡声,这使得压电晶体成为研究真空空间中声音的有趣材料。
这些材料将机械能转化为电能,反之亦然。 换句话说,如果对晶体施加机械应力,就会产生电场。 如果将晶体暴露在电场中,晶体就会变形。 这就是所谓的逆压电效应。
好吧,这就是有趣的地方。 声音振动会施加机械应力。 Geng 和 Maasilta 使用氧化锌作为压电晶体,发现如果满足某些条件,晶体可以将这种应力转化为电场。
如果在第一个晶体的范围内有第二个晶体,它可以将电能转换回机械能? 瞧,声波已经穿越了真空。 为此,两个晶体之间的间隙必须不大于初始声波的长度。
而且效果会随着频率的变化而变化。 只要相应地调整真空间隙,即使是超声波和超音波频率也可以穿过两个晶体之间的真空。
因为现象是类似于量子力学效应的隧道研究结果可以帮助科学家研究量子信息科学以及物理学的其他领域。
“在大多数情况下,影响很小,但我们也发现了波的全部能量以 100% 的效率跨越真空的情况,没有任何反射,”高架桥 说。
“因此,这种现象可以在微机电元件(MEMS、智能手机技术)和热控制中找到应用。”
该研究发表于通信物理。