Lasten tiedeeseen esittämiin kysymyksiin ei ole aina helppo vastata. Joskus heidän pienet aivonsa voivat johtaa suuriin paikkoihin, jotka aikuiset unohtavat tutkia. Tässä mielessä olemme aloittaneet sarjan nimeltä Science Question From a Toddler, joka käyttää lasten uteliaisuutta hyppyskohtana tutkiakseen tieteellisiä ihmeitä, joista aikuiset eivät edes ajattele kysyä. Vastaukset ovat aikuisille, mutta ne eivät olisi mahdollisia ilman ihmettä, jonka vain lapsi voi tuoda. Haluan, että pikkulapset elämässäsi ovat osa sitä! Lähetä minulle heidän tiedekysymyksensä, ja ne voivat toimia inspiraationa kolumnille. Ja nyt, pikkulapsemme …

K: Haluan kuulla, mikä on maailman kovin asia! – Kara Jo, 5-vuotias

Ei. Ei, et todellakaan. Katso, äänessä on tämä asia, jonka jopa me aikuiset yleensä unohdamme – se ei ole jokin kimalteleva sateenkaari, joka kelluu ilman yhteyttä fyysiseen maailmaan. Ääni on mekaanista. Ääni on työntää – vain pieni, hana korvan rummun tiukasti venytettyyn kalvoon. Mitä kovempi ääni, sitä raskaampi koputus. Jos ääni on tarpeeksi voimakas, se voi repiä reiän korvarumpuun. Jos ääni on tarpeeksi kovaa, se voi kyntää sinuun kuin pelaaja ja kolhi sinut tasaisesti perällesi. Kun pommin isku aalto tasoittaa talon, se kuulostaa repäisevän tiilet ja sirpaleen. Ääni voi tappaa sinut.

Harkitse tätä historiaa: 27. elokuuta 1883 aamulla karjanhoitajat lampaiden leirillä Alice Springsissä, Australiassa, kuulivat äänen kuin kaksi laukausta kivääri. Sillä hetkellä Indonesian tulivuoren saari Krakatoa puhalsi itsensä 2233 mailin päähän. Tutkijoiden mielestä tämä on luultavasti kovin ääni, jonka ihmiset ovat koskaan tarkasti mitanneet. Ei ole vain tietoja ihmisistä, jotka kuulevat Krakatoa-äänen tuhansien mailien päässä, ja on myös fyysistä näyttöä siitä, että tulivuoren räjähdyksen ääni kulki ympäri maailmaa useita kertoja.

Kukaan ei kuullut Krakatoa Englannissa tai Torontossa. Pietarissa ei ollut kuultavissa ”puomia”. Sen sijaan se, mitä nämä paikat kirjasivat, olivat ilmakehän paineen piikkejä – jo ilma kiristyi ja vapautui sitten huokaen, kun Krakatoa-ääniaallot kulkivat läpi. kaksi tärkeää opetusta äänestä siellä: Yksi, sinun ei tarvitse pystyä näkemään maailman kovinta asiaa kuullaksesi sen. Toiseksi, se, että et kuule ääntä, ei tarkoita, että sitä ei ole ’ Ääni on voimakas ja tunkeutuva, ja se ympäröi meitä koko ajan riippumatta siitä, tiedämmekö siitä tai emme.

Yleensä maailmamme on paljon täynnä kuin luulemme sen olevan. Me kaikki elämme elämää kuin olisimme Maria von Trapp, kääntämässä kätemme tyhjällä kentällä. Todellisuudessa olemme enemmän kuin työmatkalaiset metrolla kello 17 – molekyylit peittävät sen joka suuntaan. jotka muodostavat ilman ympärillämme. Napsauta sormiasi ja heität hiukkasia aivan vieressäsi. He heiluttaen törmäävät vieressään oleviin hiukkasiin, jotka n, työnnä niiden vieressä olevia hiukkasia.

Näitä heilautuksia maailman barometrit mittaivat Krakatoa-purkauksen jälkeen. Ajattele jälleen kerran olevan tungosta junavaunussa. Jos joudut tarkistamaan vieressäsi seisovan henkilön – mitä en suosittele – hän jännittyy ja potkaisee pois sinusta. Prosessissa he todennäköisesti törmäävät seuraavaan henkilöön, joka jännittyy ja heilautuu heistä. (Siellä olisi myös vaihdettuja sanoja, mutta se ei ole ajatuskokeilumme kannalta oleellista eikä lapsiystävällistä.) Samaan aikaan kuitenkin se alkuperäinen henkilö, johon törmäsit, on nyt rentoutunut. Kuvio kulkee väkijoukon läpi – kolahtaa-jännittyy-heiluttaa-huokaisee, kolahtaa-jännittää-heiluttaa-huokaaa.

Siten ääniaalto näyttää. Siksi et myöskään voi kuulla ääniä avaruudessa. Tyhjiössä oleminen on kuin tyhjässä metroautossa oleminen – liikkumiselle, jännitykselle ja vapautumiselle ei ole molekyylivälinettä. Samoin ääni kulkee hieman eri tavalla vedessä kuin ilmassa, koska vedessä olevat molekyylit ovat tiiviimmin pakattuja – Tokion metroauto verrattuna New Yorkissa sijaitsevaan metrovaunuun.

Esimerkiksi maan kovin eläin saattaa itse asiassa asua meressä. Siittiövalaat käyttävät navigointia kaiuttimella samalla tavalla kuin lepakot käyttävät – ne antavat napsahtavan äänen ja voivat selvittää, mikä on ympärillä sillä tavalla, kuinka ääniaalto palautuu esineistä ja palaa niihin. Siittiöiden valaiden napsautus on 200 desibeliä, yksikköä, jota käytetään äänen voimakkuuden mittaamiseen, kertoi Jennfer Miksis-Olds, akustiikan apulaisprofessori Penn State -alueelta. Mittakaavan ymmärtämiseksi äänekkäin ääni, jonka NASA on koskaan tallentanut, oli Saturn V -raketin ensimmäinen vaihe, jonka kellotaajuus oli 204 desibeliä.

Mutta valas ei ole oikeastaan yhtä kovaa kuin raketti, hän kertoi minulle. Koska vesi on ilmaa tiheämpää, ääni vedessä mitataan eri desibeliasteikolla.Ilmassa kašalotti olisi edelleen erittäin voimakas, mutta huomattavasti vähemmän – 174 desibeliä. Se vastaa suunnilleen desibelitasoja, jotka mitataan lähimmästä barometrista, 100 mailin päässä Krakatoa-purkauksesta, ja on riittävän voimakas repimään ihmisten korvalumput. Riittää, kun sanot, että et todennäköisesti halua viettää paljon aikaa spermavalaiden kanssa uidessa.

Koska ääni koskee vain näkymättömien esineiden liikettä, on myös mahdollista, että liike tapahtuu ja ettet kuule sitä. Tämä johtuu siitä, että molekyylien on heiluttava aivan oikein, kun ne osuvat tärykalvoomme. Jos liike kulkee molekyylijoukon läpi liian hitaasti tai liian nopeasti, kehomme ei voi siirtää liikettä aivojemme ymmärtämiin signaaleihin. Tätä kutsutaan taajuudeksi, ja se mitataan hertseinä. Ihmiset kuulevat melko laajan alueen – 64 hertsiä – 23 000 hertsiä.1

Mutta hertsi ja desibeli ovat toisistaan riippumattomia. Ääni voi olla erittäin voimakas ja olla edelleen taajuudella, jota emme kuule. Juuri se matkusti Englantiin ja sen ulkopuolelle Krakatoa-puhjennuksen jälkeen: ihmisille kuulemattomat ääniaallot. Koska erittäin matalataajuiset ääniaallot voivat kulkea paljon, paljon kauempana kuin korkeammat taajuudet, juuri matalataajuiset äänet voivat tehdä tällaisia eeppisiä matkoja. Tutkijat kutsuvat tätä infraääneksi, ja he kuuntelevat sitä monista syistä. Kattavalla ydinkokeiden kieltosopimusjärjestöllä on 60 seuranta-asemaa 35 maassa, ja se käyttää infraääntä laittomien ydinräjähdysten havaitsemiseen. Yliopistojen ja valtion virastojen yhteenliittymän hallinnoima USArray mittaa infrapunaa koko Pohjois-Amerikan mantereella keinona oppia seismologiaa. Molemmat verkot käyttävät mikrobarometrejä ja matalataajuisia mikrofoneja, seuraten modernia infraääntä samalla tavalla kuin tutkijat seurasivat kerran Krakatoa-infraääntä.

Ja jäljitettäviä ääniä on paljon, monia, sanoi Michael Hedlin. Hän ja hänen vaimonsa, Catherine de Groot-Hedlin, johtavat Scripps Institution of Oceanography’s Atmospheric Acoustics -laboratoriota ja tutkivat infraäänitietoja. Hedlin voi käsitellä kyseistä tietoa – lähinnä vain nopeuttaa sitä – niin, että siitä tulee kuultava ihmisen korville. Ghost-äänet tekivät lihaksi.

Hedlinin anturit kuulevat ukkosta liikkuvan satojen mailien päässä. He kuulevat hiilikaivoksen äänet, kuten se tapahtuu seuraavassa osavaltiossa. Ja sitten ovat tasaisemmat äänet. Tuuli puhaltaa. Meren aallot lyövät toisiaan. Kuulemattomat signaalit kulkevat satoja mailia, joskus tuhansia. Kun soitin hänelle sisämaavaltiolta Minneapolisista, Hedlin sanoi minulle: ”Olet todennäköisesti upotettu ääniin merestä, jota et kuule.”

Milton Garces, johtaja Havaijin geofysiikan ja planetologian instituutin infraäänilaboratorio oli samaa mieltä. Erityisesti hän kertoi minulle, että kaksi ääntä häiritsee ydinkokeiden kieltosopimusverkkoa, koska ne ovat niin jatkuvia, niin läpäiseviä ja niin kovia. , jotka tapahtuvat meren myrskyjen reunoilla, kun kaksi vastakkaiseen suuntaan kulkevaa valtameren aaltoa kohtaavat, vahvistamalla toisiaan aalloksi, joka on suurempi kuin kumpikaan oli yksin. Toinen on vain tuulen ääni – joka voi saavuttaa infraäänibassin tason vastaava kuin moottoripyörällä. ”Kehitimme kuulokynnyksemme, jotta emme menisi mutkiksi”, Garces kertoi minulle. ”Jos meillä olisi kuulovaikeuksia siinä bändissä, olisi vaikeaa kommunikoida. Se on aina olemassa.”

Jopa tuon suojan avulla erittäin kovilla infraäänillä voi silti olla vaikutusta kehoomme. 110 desibeliä kokee verenpaineen ja hengitysnopeuden muutoksia. He huimaavat ja heillä on vaikeuksia tasapainonsa ylläpitämisessä. Vuonna 1965 ilmavoimien kokeessa havaittiin, että ihmiset, jotka olivat alttiina 151-153 desibelin alueelle 90 sekunnin ajan infralla, alkoivat tuntea arkut liikkuvat hallitsematta. Riittävän korkealla desibelillä infrasoundin ilmakehän paineen muutokset voivat paisuttaa ja tyhjentää keuhkoja, mikä toimii tehokkaasti keinotekoisen hengityksen keinona.

Ja siksi, Kara Jo, en minä ” halua vastata kysymykseesi kertomatta sinulle myös kovimmasta äänestä, jota et kuule. Se olisi Tšeljabinskin meteori, joka räjähti taivaalla Etelä-Venäjän yläpuolella lähellä Euroopan ja Aasian rajaa 15. helmikuuta 2013. Tes t-Ban Treaty -anturit poimivat infraäänen yli 9000 mailin päässä lähteestä ja ääniaallot kiertivät maailmaa. Lähin anturi oli 435 mailin päässä, Garces kertoi minulle, ja jopa sillä etäisyydellä infrapuna-desibelitaso saavutti 90. Osoittautuu, ettei asioiden tarvitse sanoa ”puomi”, jotta puomi menee.