Na otázky, které si děti kladou o vědě, není vždy snadné odpovědět. Někdy může jejich malý mozek vést k velkým místům, na které dospělí zapomenou prozkoumat. S ohledem na tuto skutečnost jsme zahájili sérii nazvanou Vědecká otázka od batolete, která využije dětskou zvědavost jako skákací bod k prozkoumání vědeckých zázraků, na které dospělí ani nepomyslí. Odpovědi jsou pro dospělé, ale nebylo by to možné bez zázraku, který může přinést jen dítě. Chci, aby se batolata ve vašem životě stala součástí! Pošlete mi jejich vědecké otázky a mohou sloužit jako inspirace pro sloupek. A teď, naše batole …

Otázka: Chci slyšet, co je nejhlasitější věc na světě! – Kara Jo, 5 let

Ne. Ne, opravdu ne. Vidíte, na zvuku je tu věc, na kterou i my dospělí máme tendenci zapomínat – není to nějaká třpytivá duha, která se vznáší kolem bez spojení s fyzickým světem. Zvuk je mechanický. Zvuk je strkání – jen malý, klepnutí na pevně nataženou membránu ušního bubnu. Čím hlasitější zvuk, tím silnější klepání. Pokud je zvuk dostatečně hlasitý, může vytrhnout otvor v ušní bubně. Pokud je zvuk dostatečně hlasitý, může se do vás vrhnout jako linebacker a srazit vás na zadek. Když rázová vlna z bomby vyrovná dům, zní to roztrháním cihel a třískového skla. Zvuk vás může zabít.

Zvažte tento kus historie: Ráno 27. srpna 1883 farmáři v ovčím táboře mimo Alice Springs v Austrálii uslyšeli zvuk jako dva výstřely z puška. Právě v té chvíli foukal indonéský sopečný ostrov Krakatoa na kousky vzdálené 2 233 mil. Vědci si myslí, že toto je pravděpodobně nejhlasitější zvuk, jaký kdy lidé přesně změřili. Nejen, že existují záznamy o lidech, kteří slyší zvuk Krakatoa tisíce kilometrů daleko, ale existují také fyzické důkazy, že zvuk výbuchu sopky několikrát obletěl celou planetu.

Nyní nikdo neslyšel Krakatoa v Anglii nebo v Torontu. V Petrohradě nebylo slyšet „boom“. Místo toho to, co tato místa zaznamenávala, byly skoky atmosférického tlaku – samotný vzduch se napínal a poté s povzdechem uvolňoval, jak procházely zvukové vlny z Krakatoa. Existují dvě důležité lekce o zvuku tam: Zaprvé, nemusíte být schopni vidět nejhlasitější věc na světě, abyste to slyšeli. Zadruhé, jen proto, že neslyšíte zvuk, neznamená, že to není ‚ Zvuk je silný a všudypřítomný a obklopuje nás celou dobu, ať už si toho víme nebo ne.

Náš svět je obecně mnohem více přeplněný než my si myslíme, že to je. Všichni žijeme životem, jako bychom byli Maria von Trapp, kymácejícími rukama kolem v prázdném poli. Ve skutečnosti jsme spíš jako dojíždějící v metru v 17 hodin – obklopené v každém směru molekulami které tvoří vzduch kolem nás. Zacvakněte prsty a strkejte částice hned vedle sebe. Jak se třesou, narážejí do částic vedle nich, které v tur n, postrkujte částice vedle nich.

Tyto krouticí momenty měří světové barometry v důsledku erupce Krakatoa. Znovu si představte, že jste v přeplněném vlakovém voze. Pokud byste měli bedlivě zkontrolovat osobu stojící vedle vás – což nedoporučuji – napnula by se a odskočila od vás. Při tom by pravděpodobně narazili na další osobu, která by se napnula a shimmy se od nich vzdálila. (Také by došlo k výměně slov, ale to není pro náš myšlenkový experiment ani primitivní, ani přátelské k dětem.) Mezitím se však ten původní člověk, do kterého jste narazili, uvolnil. Vzor cestuje davem – bump-tense-wiggle-povzdech, bump-tense-wiggle-povzdech.

Takhle vypadá zvuková vlna. To je také důvod, proč ve vesmíru neslyšíte zvuky. Být ve vakuu je jako být v prázdném voze metra – neexistuje žádné molekulární médium, které by procházelo vzorem pohybu, napětí a uvolnění. Podobně se zvuk ve vodě šíří trochu jinak než ve vzduchu, protože molekuly ve vodě jsou těsněji zabalené – vůz tokijského metra ve srovnání s vozem v New Yorku.

Například nejhlasitější zvíře na Zemi může ve skutečnosti žít v oceánu. Velryby spermií používají k navigaci echolokaci, podobně jako netopýři – vydávají zvuk kliknutí a mohou zjistit, co je kolem, podle toho, jak se zvuková vlna odrazí od objektů a vrátí se k nim. Kliknutí spermie velryby je 200 decibelů, což je jednotka používaná k měření intenzity zvuku, uvedla docentka akustiky Jennifer Miksis-Olds z Penn State. Abychom vám poskytli představu o rozsahu, nejhlasitějším zvukem, jaký kdy NASA zaznamenala, byla první fáze rakety Saturn V, která dosáhla 204 decibelů.

Velryba však není tak hlasitá jako raketa, řekla mi. Protože voda je hustší než vzduch, zvuk ve vodě se měří v jiné decibelové stupnici.Na vzduchu by byla vorvaň stále extrémně hlasitá, ale podstatně méně – 174 decibelů. To je zhruba ekvivalent k hladinám decibelů měřených na nejbližším barometru, 100 mil od erupce Krakatoa, a je dostatečně hlasitý na to, aby lidem praskl ušní buben. Stačí říct, že pravděpodobně nechcete trávit spoustu času plaváním se vorvaněmi.

Protože zvuk je především o pohybu neviditelných předmětů, je také možné, aby se ten pohyb stal a abyste ho neslyšeli. Je to proto, že molekuly se musí kroutit přesně, když narazí na náš ušní bubínek. Pokud pohyb prochází davem molekul příliš pomalu nebo příliš rychle, naše tělo nemůže tento pohyb přenést do signálů, kterým náš mozek rozumí. Tomu se říká frekvence a měří se v hertzích. Lidé mohou slyšet docela široký rozsah – 64 hertzů až 23 000 hertzů.1

Ale hertz a decibely jsou na sobě nezávislé. Zvuk může být extrémně hlasitý a stále na frekvenci, kterou neslyšíme. To je to, co cestovalo až do Anglie a dále poté, co vypukl Krakatoa: zvukové vlny, které byly pro lidi neslyšitelné. Protože extrémně nízkofrekvenční zvukové vlny mohou cestovat mnohem, mnohem dál než vyšší frekvence, jsou to právě nízkofrekvenční zvuky, které mohou tyto druhy epických cest dělat. Vědci tomu říkají infrazvuk a naslouchají mu, a to z celé řady důvodů. Organizace Smlouvy o všeobecném zákazu jaderných zkoušek má 60 monitorovacích stanic ve 35 zemích a používá infrazvuk k odhalování nelegálních jaderných výbuchů. USArray, který je řízen konsorciem univerzit a vládních agentur, měří infrazvuk napříč severoamerickým kontinentem jako způsob učení o seismologii. Obě tyto sítě používají mikrobarometry a nízkofrekvenční mikrofony, které sledují moderní infrazvuk podobně, jako kdysi vědci sledovali infrazvuk z Krakatoa.

A existuje mnoho, mnoho zvuků ke sledování, řekl Michael Hedlin. Spolu s manželkou Catherine de Groot-Hedlinovou provozují laboratoř pro atmosférickou akustiku Scripps Institution of Oceanography a studují infrazvuková data. Hedlin dokáže tato data zpracovat – v podstatě je pouze zrychlí – tak, aby byla slyšitelná pro lidské uši. Zvuky duchů vytvářely maso.

Hedlinovy senzory slyší bouřky, které se valí stovky kilometrů odtud. Slyší zvuky těžby uhlí, jak se to děje v příštím stavu. A pak jsou tu stálejší zvuky. Vítr fouká. Vlny na oceánu na sebe plácnou. Neslyšitelné signály cestují stovky mil, někdy i tisíce. Když jsem mu zavolal z vnitrozemského Minneapolisu, Hedlin mi řekl: „Pravděpodobně jsi ponořen do zvuků z oceánu, které neslyšíš.“

Milton Garces, ředitel Laboratoř infrazvuku na Havajském geofyzikálním a planetologickém ústavu souhlasila. Zejména mi řekl, že dva zvuky interferují se sítí Smlouvy o zákazu jaderných zkoušek, protože jsou tak konstantní, tak všudypřítomné a tak hlasité. První jsou mikrobaromy , které se stávají na okraji bouří na moři, když se setkají dvě vlny oceánu pohybující se v opačných směrech, které se navzájem zesilují na vlnu, která je větší, než jaká byla sama. Druhou je jen zvuk větru – který může dosáhnout úrovně infrazvuku decibelů ekvivalentní jako u motocyklu. „Vyvinuli jsme náš sluchový práh, abychom neomlouvali,“ řekl mi Garces. „Kdybychom v tom pásmu měli sluchové vjemy, bylo by těžké komunikovat. Vždy je tu.“

I s touto ochranou mohou mít extrémně hlasité infrazvuky dopad na naše tělo. Lidé vystavení infrazvuku výše 110 decibelů dochází ke změnám krevního tlaku a dechových frekvencí. Dostávají závratě a mají potíže s udržováním rovnováhy. V roce 1965 experiment vzdušných sil zjistil, že lidé vystavení infrazvuku v rozmezí 151-153 decibelů po dobu 90 sekund začali cítit své truhly pohybující se bez jejich kontroly. Při dostatečně vysokém decibelu mohou změny atmosférického tlaku infrazvuku nafouknout a vyfouknout plíce, což účinně slouží jako prostředek umělého dýchání.

A to je důvod, proč Kara Jo Nechci odpovědět na tvoji otázku, aniž bych ti řekl o nejhlasitějším zvuku, který neslyšíš. To by byl Čeljabinský meteor, který 15. února 2013 explodoval na obloze nad jižním Rusem poblíž hranic mezi Evropou a Asií. Tes Senzory smlouvy t-Ban zachytily infrazvuk více než 9 000 mil od zdroje a zvukové vlny obletěly planetu. Nejbližší senzor byl 435 mil daleko, řekl mi Garces, a dokonce i v této vzdálenosti dosáhla úroveň infrazvukového decibelu 90. Ukázalo se, že věci nemusí říkat „boom“, aby se stal boom.