光可以在真空環境下傳播,為什麼聲音卻無法在真空中傳播?

2020-12-05 奇點使者

引言:每個具有聽力能力的人生活在充滿各種聲音的世界裡,形形色色的聲音填充了我們的生活,很難想像我們生活在一個完全無聲的環境中是什麼樣子。如果人類是生活在太空中的話那麼就可以感受到無聲世界是怎樣的,因為聲音無法在真空中傳播。

在日常生活中,我們或多或少通過一些現象發現聲音的傳播條件似乎比光的傳播條件要嚴格一些,例如在遊泳池中不管我們怎麼大喊大叫,對方都很難聽到我們在說什麼,要想傳遞信息還不如用一束光線來得快。不僅在水中如此,在大氣中也如此。在雷電交加的天氣中我們通常會先看到閃電的出現再聽到雷聲的轟鳴,這是因為聲音傳播的速度比光慢得多。那麼是什麼原因造成了光與聲在傳播過程中的差別呢?

相信很多朋友在初中的物理教材中就已經學過了與聲波有關的知識,從課本上我們知道聲音的產生是靠物體或介質發生振動來完成的,從本質上來說聲波就是機械波,它的傳播必須依靠介質。在我們的周圍空氣就是聲波傳導最常藉助的介質,但聲波在不同介質中的傳播速度是不同的,這與介質的密度有關。實驗證明,介質密度越高,聲波傳播的速度越快。同時這也可以解釋為什麼真空中無法進行聲波的傳遞,因為真空不具備介質條件。

很早就有科學家測出了聲音在空氣中的傳播速度大約是每秒鐘331米,而在真空中這一速度幾乎為零。相比之下光則明顯強太多了,它不僅在傳播速度方面要比聲快得多,而且在傳播條件上幾乎是沒有約束。上個世紀上葉眾多物理學家通過對光的長期探討,最終逐漸摸索出光的本質。光實質上是一種波,它是由原子中的電子進行能量躍遷時產生的。那麼它的傳播為什麼不需要介質呢?科學家們嘗試蟲電磁波的本質去解釋這個問題。首先電場和磁場的存在都不需要介質,任何環境中都可以存在電場磁場。

而光則是在電場和磁場的交互變換下產生的,可以說光的「出身」就決定了它的傳播並不需要介質。正因為光的這一特性,太陽光才能夠從一個天文單位之外的太陽表面傳送到地球上來,我們也能夠在星空中看到宇宙中的其他星球。因此太空人在太空中執行任務的時候是無法朝著對方喊話的,他們必須通過無線電通訊設備進行溝通。一旦通訊設備出現了問題,兩個人的交流會變得十分困難。

光的傳播除了不需要介質之外,它的速度也是異常驚人的。同樣是從上個世紀上葉開始就已經有不少科學家通過實驗測出了光速在每秒鐘30萬公裡左右,這遠比聲波在任何介質中的傳播速度快得多。因此現在世界上一些軍事強國已經出現了超音速飛機,但是超光速飛機還只存在於科幻作品中,因為在現實中人類是無法達到光速的。

那麼除了光之外,還有什麼速度能夠和光速一樣的嗎?答案就是引力波。繼在2016年發現了引力波之後,科學家們通過實驗證明了引力波的行進速度也是光速。

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    但光的傳播不需要介質,它們可以在真空中傳播。那麼,聲音和光有什麼區別呢?為什麼聲音不能在真空中傳播,而光卻可以呢? 聲波 聲音其實屬於機械波,其本質是機械振動的傳播,而機械振動依賴於介質。當物體發生振動時,比如敲打桌子,這種振動會帶動空氣中的分子出現有規律的振動,由此聲波會在空氣中傳播開來。
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  • 為什麼光的傳播不需要介質?
    聲音的傳播需要介質,比如空氣、水和鐵。但光的傳播不需要介質,它們可以在真空中傳播。那麼,聲音和光有什麼區別呢?為什麼聲音不能在真空中傳播,而光卻可以呢?聲波聲音其實屬於機械波,其本質是機械振動的傳播,而機械振動依賴於介質。當物體發生振動時,比如敲打桌子,這種振動會帶動空氣中的分子出現有規律的振動,由此聲波會在空氣中傳播開來。如果沒有介質,振動就無法傳播,所以聲音不能在真空中傳播。
  • 因為真空是空的所以不能傳播聲音嗎?科學家的發現或改寫物理書!
    在工業和真空科學裡,「真空」指的是,當容器中的壓力低於大氣壓力,低於大氣壓力的部分即為「真空」;另一種說法是,凡壓力低於大氣壓的容器裡的空間,皆稱為「真空」。物理書「真空不空」理論在物理書的「聲現象」這單元裡,有這樣一句話:「聲音的傳播需要物質,科學家把這樣的物質稱為介質」。並且稱:「因真空沒有可以傳播聲音的介質,所以聲音不可以在真空裡傳播。」
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    魚羊 慄子 曉查 發自 凹非寺量子位 報導 | 公眾號 QbitAI現在,聲音不能在真空中傳播的認知,很可能要被打破了。UC伯克利的華人科學家們發現,兩片金屬之間即使是真空,也可以傳導熱量和聲音。我們使用的保溫杯就是利用了這一原理,把夾層抽成真空,從而阻止了熱量的傳導。但這一登上Nature的研究顛覆了古典物理學的基本原則。論文通訊作者張翔教授還表示,由於分子振動也是聲音傳播的基礎,因此這一發現暗示了聲音也可以通過真空傳播。
  • 在知乎回答:開著手電筒跑步能否使光傳播速度超過真空光速?
    然後,到「真空光速」。我們知道有一個說法,「光在真空中的傳播速度恆定為C」。我們可以假定這個說法是正確的,但是這裡面有一個問題,那就是:這個C,是相對於什麼參考系?真空的意思就是沒有任何的物質的空間,那麼,真空中的光傳播速度C是相對於什麼參考系?有些人會說沒有真正意義上的真空,也就沒有實際意義上的參考系,所以真空中的光傳播速度就成了假命題。
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    那麼什麼是真空玻璃呢,我們先來認識一下真空玻璃吧。真空玻璃是一種新型玻璃深加工產品,原理來源於保溫瓶。真空玻璃與中空玻璃結構相似,最大的不同在於真空玻璃空腔的空氣含量很少,幾乎達到真空狀態;並且在兩片玻璃中間加入了惰性氣體。
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  • 宇宙中傳播信息需要介質嗎?
    比如要用聲音通信,那麼就必須有傳播聲音的介質,基本上各種物質都可以充當聲音的介質,只要能傳遞機械振動就可以了。比如固體、液體甚至氣體都可以,然而在星際空間接近真空的環境裡,這些都沒有,因此星際空間並不能用聲音通信。
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    在幾乎所有的情況下,即使在真空中,光也不可能無休止地傳播而不消散。被稱為孤子的光脈衝沿著光纖長距離傳播,不會改變其形狀或失去焦點,這種光脈衝在數據傳輸中得到了應用,但即使是這些光脈衝也會逐漸消散,除非它們所經過的介質具有超低吸光度。
  • 聲音傳播的極限速度是多少?
    愛因斯坦的狹義相對論為我們指出了宇宙的速度極限——真空中的光速。但是,聲音的傳播需要介質,而在所有介質中絕對最高音速是多少呢?測量每種材料中的聲速是不現實的,但是科學家現在設法根據自然定律中的基本常數為聲音的傳播確定了速度上限。
  • 聲音傳播速度的比較及相關應用
    聲音的傳播需要介質,但是聲音在不同介質裡傳播的速度是不一樣的,一般情況下在固體中傳播速度最快,在液體中次之,在空氣中最慢(V 氣=340m /s ),即V 固>V 液>V 氣經典題型1聲音在不同介質中傳播速度的比較如上圖,在一根足夠長的鋼管內注滿水,在鋼管的一端輕鬆敲擊鋼管,則在另一端能聽到幾次聲音
  • 宇宙位面論(下)——光的越位面傳播
    因此,光是具有物質與能量屬性的存在。光的種類有很多,其中包括可見光與不可見光,蛇類動物可以通過熱感應來探測生命,而蛇類所使用的紅外成像對人類來說正是不可見光,許多深海動物也一直在無可見光環境下生存,其具體是使用何種波譜的電磁波現在尚難確認,因此人為的把光分為可見光與不可見光僅僅只是以最人類及地球生物的視覺接收範圍作為參考基準點制定的一個研究範圍。
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    作者丨星辰大海路上的種花家 電腦能不能在真空環境下運行? 種花家也算是從事計算機行業工作的,對軟硬體也比較了解,差點被這個問題給搞懵了,不過想想卻是一個非常有趣的問題,直接給出答案吧,一般的電腦是難以在真空中長時間運行的,但改裝後的電腦完全沒有問題!
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    是爆炸時的場面,還是爆炸時震耳欲聾的聲音呢?在地球上,我們人類能能夠聽到一些美輪美奐的聲音,但也不是說聲音就全部聽得到。一旦我們離開地球到達宇宙中,你就會發現宇宙是多麼寂靜無聲!不論是所謂的科幻電影,還是在書本上學到的知識,都告訴我們:太空中是無法傳播聲音的。