声音是什么？它又从何方来呢？

“叮铃铃——”

从早晨第一声清脆的闹铃声开始，脚步声、哗哗流水声、说话声——各种声音就接连涌进我们的耳朵里，除了睡觉的时候，我们几乎时时刻刻都能听到它们，可声音到底是什么呢？又是怎么来的呢？

虽然声音摸不着、看不见，但有一种方法可以让你间接地“摸”到它、看到它。拿出你的玩具鼓，左手放在鼓面一边，右手用鼓槌用力捶向另一边，同时仔细观察鼓面，感觉到了吗？

没错，鼓面在振动，这就是声音的本质——由物体振动产生的声波。发出“咚咚咚”声响的鼓是“声源”，也就是声音产生的源头。可是振动的鼓产生的声波又是怎么到我们的耳朵里的呢？

虽然鼓和我们之间并没有电话线连接，但是在我们周围其实到处都是声音的“信使”——空气。空气里有很多氮气、氧气等气体分子，鼓的振动带动了它附近的气体分子的振动，然后就像接力赛一样，把声波传向四周，也传到了我们的耳朵里。

在我们的耳朵里也有一面“小鼓”——鼓膜，它是一片半透明的薄膜，声波穿过外耳道后就会撞上它，让它振动起来，鼓膜接着把振动传给听小骨，最后再传到耳蜗里的液体那里，使液体发生波动，这种波动被神经细胞转化成神经冲动，传到大脑的听觉神经中枢，才让我们听到了声音。

在宏观世界中，无论是空气、水，还是固体都可以成为声音传播的介质，没有介质声音就无法传播，最先发现这一点的是17世纪的英国物理学家罗伯特·波义耳。

当时，他做了一个非常著名的实验。波义耳将一个闹钟放进了一个大玻璃罩里，并且让闹钟一直响着。即使有玻璃罩的阻挡，大家也还是能清楚地听到闹钟不停吵闹的声音。接着，波义耳变了个“魔术”，让闹钟安静下来了！

他用真空泵抽走了玻璃罩中的空气，随着空气越来越少，闹钟的声音也越来越弱，最后几乎听不到了。但是一打开玻璃罩，闹钟就又开始吵了。

现在我们知道，这是因为声音的传播需要介质，在我们的日常生活中，最主要的声音传播介质就是空气。

人们利用这个原理制造出了隔音窗。它由两面玻璃制成，中间是几乎真空的状态，这就像是为声波设置了一条鸿沟，让它无法跨越到窗户的另一侧。

虽然从宏观世界中看，声音的传播需要介质，但微观的量子世界却打破了这个规则。就在不久前，科学家们发现真空也在极短距离内能传播声音！

实际上，真空并不是什么都没有，它的确没有原子、分子这类实物粒子，但是却存在着由“虚粒子”构成的量子场，类似于电子形成的电场，它们不断产生又消失，就像水波振荡时激起的小水珠，弹起又回落，这个现象被称为量子涨落。科学家发现，当真空中的两片薄膜靠得很近时，一片薄膜的振动就可以通过量子涨落传给另一片薄膜，这就意味着，声波通过了真空！

然而，这种现象目前仅限于奇妙的量子世界，在我们的宏观世界，想要听到声音依然需要介质。

参考资料：

Fong, K.Y., Li, H., Zhao, R. et al. (2019). Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations. Nature 576, 243–247

作者：Mirror

审稿：张轩中（科普作家，中国物理学会会员）