Non è sempre facile rispondere alle domande che i bambini fanno sulla scienza. A volte, il loro piccolo cervello può portare a luoghi grandi che gli adulti dimenticano di esplorare. Con questo in mente, abbiamo avviato una serie chiamata Science Question From a Toddler, che utilizzerà la curiosità dei bambini come punto di partenza per indagare sulle meraviglie scientifiche a cui gli adulti non pensano nemmeno di chiedere. Le risposte sono per gli adulti, ma non sarebbero possibili senza la meraviglia che solo un bambino può portare. Voglio che i bambini della tua vita ne facciano parte! Inviami le loro domande scientifiche e potrebbero servire come ispirazione per una colonna. E ora, il nostro bambino …

D: Voglio sentire qual è la cosa più rumorosa del mondo! – Kara Jo, 5 anni

No. No, davvero non lo fai. Vedi, c’è questa cosa del suono che anche noi adulti tendiamo a dimenticare – non è un arcobaleno scintillante che fluttua senza connessione con il mondo fisico. Il suono è meccanico. Un suono è uno spintone – solo un piccolo, un colpetto sulla membrana ben tesa del tuo timpano. Più forte è il suono, più forte è il colpo. Se un suono è abbastanza forte, può creare un buco nel timpano. Se un suono è abbastanza forte, può penetrarti come un linebacker e sbatterti sul sedere. Quando l’onda d’urto di una bomba livella una casa, è un suono che fa a pezzi mattoni e schegge di vetro. Il suono può ucciderti.

Considera questo pezzo di storia: la mattina del 27 agosto 1883, gli allevatori di un accampamento di pecore fuori Alice Springs, in Australia, udirono un suono simile a due spari da un fucile. In quel preciso momento, l’isola vulcanica indonesiana di Krakatoa si stava facendo a pezzi a 2.233 miglia di distanza. Gli scienziati pensano che questo sia probabilmente il suono più forte che gli esseri umani abbiano mai misurato accuratamente. Non solo ci sono registrazioni di persone che ascoltano il suono del Krakatoa a migliaia di chilometri di distanza, ma ci sono anche prove fisiche che il suono dell’esplosione del vulcano abbia viaggiato più volte intorno al globo.

Ora, nessuno ha sentito Krakatoa in Inghilterra o Toronto. Non c’è stato un “boom” udibile a San Pietroburgo. Invece, ciò che quei luoghi hanno registrato sono stati picchi di pressione atmosferica – l’aria stessa che si tendeva e poi si rilasciava con un sospiro, mentre passavano le onde sonore del Krakatoa. due importanti lezioni sul suono lì dentro: Uno, non devi essere in grado di vedere la cosa più forte del mondo per sentirla. Secondo, solo perché non puoi sentire un suono non significa che non lo sia. t lì. Il suono è potente e pervasivo e ci circonda tutto il tempo, che ne siamo consapevoli o meno.

In generale, il nostro mondo è molto più affollato di noi pensiamo che lo sia. Viviamo tutti la vita come se fossimo Maria von Trapp, facendo oscillare le braccia in un campo vuoto. In realtà, siamo più come pendolari in metropolitana alle 17:00, circondati in ogni direzione dalle molecole che compongono l’aria intorno a noi. Schiocca le dita e spingi le particelle accanto a te. Mentre si muovono, si scontrano con le particelle accanto a loro, che, in tur n, sposta le particelle accanto a loro.

Queste oscillazioni sono ciò che i barometri del mondo stavano misurando sulla scia dell’eruzione del Krakatoa. Di nuovo, pensa di essere su un vagone affollato. Se dovessi controllare l’anca della persona in piedi accanto a te – cosa che non consiglio – si irrigidirebbero e si allontanerebbero da te. Nel processo, probabilmente si imbatteranno nella persona successiva, che si irrigidirà e si allontanerà da loro. (Ci sarebbero anche stati scambi di parole, ma questo non è pertinente al nostro esperimento mentale né adatto ai bambini.) Nel frattempo, però, quella persona originale che hai incontrato si è ora rilassata. Lo schema viaggia attraverso la folla: bump-tense-wiggle-sigh, bump-tense-wiggle-sigh.

Ecco come appare un’onda sonora. È anche il motivo per cui non puoi sentire i suoni nello spazio. Essere nel vuoto è come essere in un vagone della metropolitana vuoto: non esiste un mezzo molecolare attraverso il quale il modello di movimento, tensione e rilascio possa viaggiare. Allo stesso modo, il suono viaggia in modo leggermente diverso nell’acqua rispetto all’aria, perché le molecole nell’acqua sono più compatte: un vagone della metropolitana di Tokyo rispetto a uno di New York.

Ad esempio, l’animale più rumoroso sulla Terra potrebbe, infatti, vivere nell’oceano. I capodogli usano l’ecolocalizzazione per navigare, in modo simile a quello che usano i pipistrelli: emettono un clic e possono capire cosa c’è intorno dal modo in cui l’onda sonora rimbalza sugli oggetti e ritorna su di loro. Il clic di un capodoglio è di 200 decibel, l’unità utilizzata per misurare l’intensità di un suono, ha detto Jennifer Miksis-Olds, professore associato di acustica alla Penn State. Per darti un’idea delle dimensioni, il suono più forte che la NASA abbia mai registrato è stato il primo stadio del razzo Saturn V, che ha registrato un clock di 204 decibel.

Ma la balena non è così forte come il razzo, mi ha detto. Poiché l’acqua è più densa dell’aria, il suono nell’acqua viene misurato su una scala di decibel diversa.Nell’aria, il capodoglio sarebbe ancora estremamente rumoroso, ma significativamente meno – 174 decibel. È più o meno equivalente ai livelli di decibel misurati al barometro più vicino, a 100 miglia di distanza dall’eruzione del Krakatoa, ed è abbastanza forte da rompere i timpani delle persone. Basti dire che probabilmente non vorrai passare molto tempo a nuotare con i capodogli.

Poiché il suono è tutto incentrato sul movimento di oggetti invisibili, è anche possibile che quel movimento avvenga e che tu non lo ascolti. Questo perché le molecole devono oscillare proprio quando colpiscono il nostro timpano. Se il movimento sta attraversando la folla di molecole troppo lentamente o troppo velocemente, il nostro corpo non può trasferire quel movimento in segnali che il nostro cervello comprende. Questa si chiama frequenza e si misura in hertz. Gli esseri umani possono sentire una gamma piuttosto ampia, da 64 hertz a 23.000 hertz.1

Ma hertz e decibel sono indipendenti l’uno dall’altro. Un suono può essere estremamente forte ed essere ancora a una frequenza che non possiamo sentire. Questo è ciò che ha viaggiato fino all’Inghilterra e oltre dopo l’eruzione del Krakatoa: onde sonore che erano impercettibili agli umani. Poiché le onde sonore a frequenza estremamente bassa possono viaggiare molto, molto più lontano delle frequenze più alte, sono specificamente i suoni a bassa frequenza che possono rendere questo tipo di viaggi epici. Gli scienziati chiamano questo infrasuoni e lo stanno ascoltando, per tutta una serie di ragioni. La Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization ha 60 stazioni di monitoraggio in 35 paesi e utilizza gli infrasuoni per individuare le detonazioni nucleari illegali. USArray, che è gestito da un consorzio di università e agenzie governative, misura gli infrasuoni in tutto il continente nordamericano come un modo per apprendere la sismologia. Entrambe queste reti utilizzano microbarometri e microfoni a bassa frequenza, che tracciano i moderni infrasuoni in modo simile al modo in cui gli scienziati una volta tracciavano gli infrasuoni dal Krakatoa.

E ci sono molti, molti suoni da tracciare, ha detto Michael Hedlin. Lui e sua moglie, Catherine de Groot-Hedlin, gestiscono lo Scripps Institution of Oceanography’s Laboratory for Atmospheric Acoustics e studiano i dati degli infrasuoni. Hedlin può elaborare quei dati, essenzialmente semplicemente accelerandoli, in modo che diventino udibili dall’orecchio umano. I suoni dei fantasmi si fanno carne.

I sensori di Hedlin sentono i temporali che rotolano a centinaia di chilometri di distanza. Sentono i suoni dell’estrazione del carbone come accade nello stato successivo. E poi ci sono i suoni più costanti. Il vento soffia. Le onde dell’oceano si schiaffeggiano a vicenda. I segnali impercettibili percorrono centinaia di miglia, a volte migliaia. Quando l’ho chiamato da Minneapolis senza sbocco sul mare, Hedlin mi ha detto: “Probabilmente sei immerso in suoni dell’oceano che non puoi sentire”.

Milton Garces, il regista di il Laboratorio Infrasuoni dell’Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology, d’accordo. In particolare, mi ha detto che due suoni interferiscono con la rete del Trattato sul divieto dei test nucleari, perché sono così costanti, così pervasivi e così rumorosi. I primi sono i microbaromi , che si verificano ai margini delle tempeste in mare, quando due onde oceaniche che viaggiano in direzioni opposte si incontrano, amplificandosi a vicenda in un’onda più grande di entrambe le sole. L’altro è solo il suono del vento – che può raggiungere livelli di decibel degli infrasuoni equivalenti a quelli di una motocicletta. “Abbiamo sviluppato la nostra soglia uditiva in modo da non impazzire”, mi ha detto Garces. “Se avessimo la percezione dell’udito in quella banda, sarebbe difficile comunicare. È sempre lì.”

Anche con quella protezione, infrasuoni estremamente forti possono ancora avere un impatto sui nostri corpi. Gli esseri umani esposti agli infrasuoni superiori 110 decibel sperimentano cambiamenti nella pressione sanguigna e nella frequenza respiratoria. Hanno le vertigini e hanno difficoltà a mantenere l’equilibrio. Nel 1965, un esperimento dell’Air Force ha scoperto che gli esseri umani esposti agli infrasuoni nell’intervallo 151-153 decibel per 90 secondi hanno iniziato a sentire il loro le casse si muovono senza il loro controllo. A un decibel sufficientemente alto, le variazioni di pressione atmosferica degli infrasuoni possono gonfiare e sgonfiare i polmoni, servendo efficacemente come mezzo di respirazione artificiale.

E questo, Kara Jo, è il motivo per cui indosso Voglio rispondere alla tua domanda senza parlarti anche del suono più forte che non riesci a sentire. Sarebbe la meteora di Chelyabinsk, esplosa nel cielo sopra la Russia meridionale, vicino al confine tra Europa e Asia, il 15 febbraio 2013. Tes I sensori del Trattato di divieto hanno rilevato gli infrasuoni a più di 9.000 miglia dalla sorgente e le onde sonore hanno circondato il globo. Il sensore più vicino era a 435 miglia di distanza, mi ha detto Garces, e anche a quella distanza il livello di decibel degli infrasuoni ha raggiunto 90. Si scopre che le cose non devono dire “boom” per fare boom.