一個音速和光速一樣快的世界會是怎樣的?

2021年11月30日13:31

  11月30日消息,據國外媒體報導,烏雲低垂至地平線上,空氣粘稠而悶熱;突然間,一道無聲的閃電劃破天空。整整4秒鍾後,我們才聽到一聲轟隆的巨響。

  與光速每秒30萬公里的驚人速度相比,音速簡直微不足道。在空氣中,聲音的傳播速度只有每秒0.3公里。這就是為什麼你在聽到雷聲之前先看到閃電的原因。不過,如果音速變快一百萬倍,也就是與光速一樣的話,會發生什麼呢?

  顯然,雷聲會在你看到閃電的同一時刻到達你的耳朵,但那道閃電看起來也會很怪異。聲波是由粒子組成的,每一個粒子的移動都輕微到足以與下一個粒子碰撞,這會在聲波內部產生密度更高和更低的區域。我們可以想像一個彈簧玩具:當玩具移動時,線圈會不斷地壓縮然後散開,並重複這一過程。聲波也與此類似。在低速時,密度的變化是難以察覺的,但在與光速相同的速度下,情況就不一樣了。

  雷暴期間空氣非常潮濕,聲波會穿過並擠壓空氣,然後急劇膨脹,使氣壓顯著下降。由於氣壓與溫度相對應,因此打雷後氣壓的突然下降會導致潮濕的空氣凍結。屆時,你將透過冰晶形成的濃霧看到閃電。

  當聲音以光速傳播時,我們所聽到的聲音也會與原來截然不同。此時的音調會變得非常高,以至於無法被我們聽見,甚至你的狗都聽不見你說話。

  我們的聲帶是通過產生駐波來發聲的,而駐波的行為就像健身房裡的戰繩:只有當我們把戰繩搖得足夠快時,它的波形才會開始上下襬動;隨著繩子搖得越來越快,波的數量——即波的頻率——也在增加。同樣地,當我們喉頭產生的聲波速度增加時,它們的頻率也會增加。

  對於聲波,更高的頻率意味著更高的音調。那麼,我們的聲音會變得多高呢?一個有趣的事實是,聲音在純氦中的傳播速度是在空氣中的3倍,因此吸入氦氣會讓我們的聲音聽起來就像米老鼠。我們可以想像一下把音速提高一百萬倍時的情況。

  音速提高一百萬倍也會對管絃樂隊造成嚴重影響。管樂器的發聲原理就像人類的聲帶,聲音在雙簧管或小號的空腔內來回移動,產生駐波。我們必須把管樂器設計得比現在長一百萬倍,才能讓它們與小提琴和大提琴合拍,不過,空氣中音速的變化不會改變沿琴弦傳播的聲音。

  當然,最可惜的是,人類無法在這樣的世界中生存下來,以體驗這些神奇的變化。即使是柔和的笛聲,也會將周圍環境中的一切炸成碎片。光是通過電磁波傳播的,而電磁波並非由物質粒子組成;但聲波卻是機械性的,由粒子相互碰撞而產生。一個以光速運動的分子將擁有“幾乎無限的能量”,它會擊破遇到的每一個粒子,使電子逸出,並產生物質和反物質的“噴射”。反物質是在超高速碰撞中產生的粒子,其性質與物質粒子相反,這種景象將會非常驚人。(任天)

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