De vragen die kinderen stellen over wetenschap zijn niet altijd gemakkelijk te beantwoorden. Soms kunnen hun kleine hersenen leiden naar grote plaatsen die volwassenen vergeten te verkennen. Met dat in gedachten zijn we een serie begonnen met de naam Wetenschapsvraag van een peuter, waarin de nieuwsgierigheid van kinderen wordt gebruikt als uitgangspunt om de wetenschappelijke wonderen te onderzoeken waar volwassenen niet eens aan denken. De antwoorden zijn voor volwassenen, maar ze zouden niet mogelijk zijn zonder het wonder dat alleen een kind kan brengen. Ik wil dat de peuters in je leven er deel van uitmaken! Stuur me hun wetenschappelijke vragen en ze kunnen als inspiratie dienen voor een column. En nu, onze peuter …

V: Ik wil horen wat het luidste ding ter wereld is! – Kara Jo, 5 jaar

Nee. Nee, echt niet. Kijk, er is iets met geluid dat zelfs wij volwassenen vaak vergeten – het is niet een of andere glitterregenboog die ronddrijft zonder verbinding met de fysieke wereld. Geluid is mechanisch. Een geluid is een duw – maar een kleintje, een tikje op het strak gespannen membraan van je trommelvlies. Hoe harder het geluid, hoe zwaarder de klop. Als een geluid luid genoeg is, kan het een gat in uw trommelvlies scheuren. Als een geluid luid genoeg is, kan het als een linebacker in je ploegen en je plat op je kont slaan. Wanneer de schokgolf van een bom een huis nivelleert, is dat geluid dat stenen en versplinterd glas uit elkaar scheurt. Geluid kan dodelijk zijn.

Beschouw dit stukje geschiedenis eens: op de ochtend van 27 augustus 1883 hoorden boeren op een schaapskamp buiten Alice Springs, Australië, een geluid als twee schoten van een geweer. Op dat moment blies het Indonesische vulkanische eiland Krakatoa zichzelf 2233 mijl verderop uiteen. Wetenschappers denken dat dit waarschijnlijk het luidste geluid is dat mensen ooit nauwkeurig hebben gemeten. Er zijn niet alleen verslagen van mensen die het geluid van Krakatoa duizenden kilometers verderop hoorden, er is ook fysiek bewijs dat het geluid van de explosie van de vulkaan meerdere keren de hele wereld rond reisde.

Nu heeft niemand het gehoord. Krakatoa in Engeland of Toronto. Er was geen “boem” hoorbaar in Sint-Petersburg. In plaats daarvan waren wat die plaatsen registreerden pieken in de atmosferische druk – de lucht die zich aanspant en dan met een zucht losliet, terwijl de geluidsgolven van Krakatoa er doorheen gingen. twee belangrijke lessen over geluid daarin: Ten eerste hoef je niet het hardste ding ter wereld te kunnen zien om het te horen. Ten tweede, alleen omdat je geen geluid kunt horen, wil nog niet zeggen dat het niet is ‘ t daar. Geluid is krachtig en doordringend en het omringt ons de hele tijd, of we ons er nu van bewust zijn of niet.

Over het algemeen is onze wereld veel drukker dan denken we van wel. We leven allemaal alsof we Maria von Trapp zijn, terwijl we onze armen rondzwaaien in een leeg veld. In werkelijkheid zijn we meer als pendelaars in de metro om 17.00 uur – in alle richtingen ingesloten door de moleculen die de lucht om ons heen vormen. Knip met je vingers en je verdringt de deeltjes vlak naast je. Terwijl ze wiebelen, botsen ze tegen de deeltjes ernaast, die in tur n, duw de deeltjes ernaast.

Deze kronkels zijn wat de barometers van de wereld aan het meten waren in de nasleep van de Krakatoa-uitbarsting. Denk er nogmaals aan om in een volle treinwagon te zitten. Als je de heup zou controleren of de persoon naast je zou staan – wat ik niet aanraad – zou hij gespannen raken en weglopen van je. Tijdens het proces zouden ze waarschijnlijk de volgende persoon tegen het lijf lopen, die zich zou spannen en van hen zou wegschuiven. (Er zouden ook woorden worden uitgewisseld, maar dat is niet relevant voor ons gedachte-experiment, noch kindvriendelijk.) Maar ondertussen is die oorspronkelijke persoon die je tegenkwam nu ontspannen. Het patroon reist door de menigte – bump-gespannen-wiebel-zucht, bump-gespannen-wiebelen-zucht.

Zo ziet een geluidsgolf eruit. Het is ook waarom je in de ruimte geen geluiden kunt horen. In een vacuüm zijn is alsof je in een lege metro bent – er is geen moleculair medium voor het patroon van beweging, spanning en loslaten om doorheen te reizen. Evenzo reist geluid een beetje anders in water dan in lucht, omdat de moleculen in water dichter opeengepakt zitten – een Tokyo metro-auto vergeleken met een in New York.

Het luidruchtigste dier op aarde zou bijvoorbeeld in de oceaan kunnen leven. Potvissen gebruiken echolocatie om te navigeren, vergelijkbaar met wat vleermuizen gebruiken – ze maken een klikgeluid en kunnen erachter komen wat er in de buurt is door de manier waarop de geluidsgolf van objecten terugkaatst en naar hen terugkeert. De klik van een potvis is 200 decibel, de eenheid die wordt gebruikt om de intensiteit van een geluid te meten, zei Jennifer Miksis-Olds, universitair hoofddocent akoestiek aan Penn State. Om je een idee te geven van de schaal: het luidste geluid dat NASA ooit heeft opgenomen, was de eerste trap van de Saturn V-raket, die met 204 decibel klokte.

Maar de walvis is niet echt zo luid als de raket, vertelde ze me. Omdat water dichter is dan lucht, wordt geluid in water gemeten op een andere decibelschaal.In de lucht zou de potvis nog steeds extreem luid zijn, maar aanzienlijk minder – 174 decibel. Dat is ongeveer gelijk aan de decibelniveaus gemeten bij de dichtstbijzijnde barometer, 160 kilometer verwijderd van de Krakatoa-uitbarsting, en is luid genoeg om de trommels van mensen te laten scheuren. Het volstaat te zeggen dat je waarschijnlijk niet veel tijd wilt besteden aan het zwemmen met de potvissen.

Omdat geluid draait om de beweging van onzichtbare objecten, het is ook mogelijk dat die beweging plaatsvindt en dat u het niet hoort. Dat komt omdat de moleculen precies goed moeten wiebelen als ze ons trommelvlies raken. Als de beweging te langzaam of te snel door de massa moleculen gaat, kan ons lichaam die beweging niet omzetten in signalen die onze hersenen begrijpen. Dit wordt frequentie genoemd en wordt gemeten in hertz. Mensen kunnen een behoorlijk breed bereik horen – 64 hertz tot 23.000 hertz.1

Maar hertz en decibel zijn onafhankelijk van elkaar. Een geluid kan extreem luid zijn en toch een frequentie hebben die we niet kunnen horen. Dat is wat de hele weg naar Engeland en verder reisde nadat Krakatoa uitbrak: geluidsgolven die onhoorbaar waren voor mensen. Omdat geluidsgolven met een extreem lage frequentie veel, veel verder kunnen reizen dan hogere frequenties, zijn het met name laagfrequente geluiden die dit soort epische reizen kunnen maken. Wetenschappers noemen dit infrageluid, en ze luisteren ernaar, om tal van redenen. De Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization heeft 60 meetstations in 35 landen en gebruikt infrageluid om illegale nucleaire ontploffingen op te sporen. De USArray, die wordt beheerd door een consortium van universiteiten en overheidsinstanties, meet infrageluid in het hele Noord-Amerikaanse continent als een manier om meer te weten te komen over seismologie. Beide netwerken gebruiken microbarometers en laagfrequente microfoons, die moderne infrageluiden volgen op dezelfde manier als wetenschappers ooit het infrageluid van Krakatoa hebben gevolgd.

En er zijn heel veel geluiden te volgen, zei Michael Hedlin. Hij en zijn vrouw, Catherine de Groot-Hedlin, leiden het Scripps Institution of Oceanography’s Laboratory for Atmospheric Acoustics en bestuderen infrageluidgegevens. Hedlin kan die gegevens verwerken – in feite alleen maar versnellen – zodat ze hoorbaar worden voor menselijke oren. Geestgeluiden worden vleesgemaakt.

Hedlins sensoren horen onweersbuien die honderden kilometers ver weg rollen. Ze horen de geluiden van kolenwinning zoals het gebeurt in de volgende staat. En dan zijn er de meer constante geluiden. De wind waait. Golven op de oceaan slaan naar elkaar. De onhoorbare signalen reizen honderden kilometers, soms duizenden. Toen ik hem belde vanuit het door land omgeven Minneapolis, zei Hedlin tegen me: “Je bent waarschijnlijk ondergedompeld in geluiden van de oceaan die je niet kunt horen.”

Milton Garces, de directeur van het Infrageluidslaboratorium van het Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology was het daarmee eens. In het bijzonder vertelde hij me dat twee geluiden interfereren met het Nuclear Test-Ban Treaty-netwerk, omdat ze zo constant zijn, zo doordringend en zo luid. De eerste zijn microbaromen , die zich voordoen aan de randen van stormen op zee, wanneer twee oceaangolven die in tegengestelde richtingen reizen elkaar ontmoeten en elkaar versterken tot een golf die groter is dan een van beide alleen was. De andere is alleen het geluid van de wind, die infrageluidsniveaus kan bereiken gelijk aan die van een motorfiets. “We hebben onze gehoordrempel ontwikkeld, zodat we niet gek worden,” vertelde Garces me. “Als we gehoorperceptie in die band hadden, zou het moeilijk zijn om te communiceren. Het is er altijd.”

Zelfs met die bescherming kunnen extreem luide infrageluiden nog steeds een impact hebben op ons lichaam. Mensen die worden blootgesteld aan infrageluiden hierboven 110 decibel ervaren veranderingen in hun bloeddruk en ademhalingsfrequentie. Ze worden duizelig en hebben moeite om hun evenwicht te bewaren. In 1965 ontdekte een luchtmachtexperiment dat mensen die 90 seconden lang werden blootgesteld aan infrageluid in het bereik van 151-153 decibel. kisten bewegen zonder hun controle. Bij een decibel die hoog genoeg is, kunnen de atmosferische drukveranderingen van infrageluid de longen opblazen en leeg laten lopen, wat effectief dient als een middel voor kunstmatige beademing.

En dat, Kara Jo, is waarom ik don Ik wil je vraag niet beantwoorden zonder je ook te vertellen over het luidste geluid dat je niet kunt horen. Dat zou de Tsjeljabinsk-meteoor zijn, die op 15 februari 2013 in de lucht boven Zuid-Rusland explodeerde, vlakbij de grens tussen Europa en Azië. Tes Sensoren van het t-Ban Verdrag pikken het infrageluid op meer dan 14.000 kilometer van de bron en de geluidsgolven cirkelden over de hele wereld. De dichtstbijzijnde sensor was 435 mijl verwijderd, vertelde Garces me, en zelfs op die afstand bereikte het decibelniveau van het infrageluid 90. Het blijkt dat de dingen niet “boem” hoeven te zeggen om boem te worden.