Nie zawsze łatwo odpowiedzieć na pytania dzieci dotyczące nauki. Czasami ich małe mózgi mogą prowadzić do dużych miejsc, o których dorośli zapomną. Mając to na uwadze, rozpoczęliśmy cykl zatytułowany „Naukowe pytanie od małego dziecka”, w którym ciekawość dzieci będzie punktem wyjścia do zbadania naukowych cudów, o które dorośli nawet nie myślą. Odpowiedzi są dla dorosłych, ale nie byłyby one możliwe bez cudu, który może przynieść tylko dziecko. Chcę, aby małe dzieci w Twoim życiu były tego częścią! Wyślij mi swoje pytania naukowe, a mogą posłużyć jako inspiracja dla kolumny. A teraz, nasz maluch…

P: Chcę usłyszeć, jaka jest najgłośniejsza rzecz na świecie! – Kara Jo, 5 lat

Nie. Nie, naprawdę nie. Widzisz, jest coś w dźwięku, o którym nawet my, dorośli, zwykle zapominamy – to nie jest jakaś błyszcząca tęcza unosząca się wokół bez połączenia ze światem fizycznym. Dźwięk jest mechaniczny. Dźwięk to pchnięcie – tylko małe, stuknięcie w mocno naciągniętą błonę bębenka. Im głośniejszy dźwięk, tym głośniejsze pukanie. Jeśli dźwięk jest wystarczająco głośny, może wyrwać dziurę w bębenku. Jeśli dźwięk jest wystarczająco głośny, może wbić się w ciebie jak obrońca i powalić cię płasko na tyłek. Kiedy fala uderzeniowa bomby niweczy dom, to dźwięk rozrywania cegieł i odprysków szkła. Dźwięk może cię zabić.

Rozważ tę historię: rankiem 27 sierpnia 1883 r. Farmerzy w obozie dla owiec niedaleko Alice Springs w Australii usłyszeli dźwięk przypominający dwa strzały z karabin. W tym momencie indonezyjska wulkaniczna wyspa Krakatoa dmuchała na kawałki w odległości 2233 mil. Naukowcy uważają, że jest to prawdopodobnie najgłośniejszy dźwięk, jaki ludzie kiedykolwiek dokładnie zmierzyli. Istnieją nie tylko zapisy ludzi słyszących dźwięk Krakataa tysiące kilometrów dalej, ale także fizyczne dowody na to, że dźwięk eksplozji wulkanu wielokrotnie podróżował po całym świecie.

Teraz nikt nie słyszał Krakatoa w Anglii czy Toronto. W Petersburgu nie było słychać „huku”. Zamiast tego zarejestrowano w tych miejscach skoki ciśnienia atmosferycznego – samo powietrze napięło się, a potem z westchnieniem wypuściło, gdy przechodziły fale dźwięku z Krakata. dwie ważne lekcje dotyczące dźwięku: po pierwsze, nie musisz być w stanie zobaczyć najgłośniejszej rzeczy na świecie, aby ją usłyszeć. Po drugie, tylko dlatego, że nie słyszysz dźwięku, nie oznacza, że tak nie jest ” t. Dźwięk jest potężny i wszechobecny i otacza nas przez cały czas, niezależnie od tego, czy jesteśmy tego świadomi, czy nie.

Ogólnie rzecz biorąc, nasz świat jest znacznie bardziej zatłoczony niż myślimy, że tak. Wszyscy żyjemy tak, jakbyśmy byli Marią von Trapp, wymachując rękami na pustym polu. W rzeczywistości jesteśmy bardziej jak osoby dojeżdżające do pracy w metrze o 17:00 – otoczone w każdym kierunku przez cząsteczki które tworzą powietrze wokół nas. Pstrykaj palcami i popychasz cząsteczki tuż obok siebie. Poruszające się cząsteczki zderzają się z cząstkami obok siebie, które w tur n, popchnij cząsteczki obok nich.

Te ruchy są tym, co mierzyły światowe barometry po erupcji Krakatoa. Ponownie pomyśl o byciu w zatłoczonym wagonie. Gdybyś miał sprawdzić biodro osoby stojącej obok ciebie – czego nie polecam – napięłaby się i odsunęła od ciebie. W trakcie tego procesu prawdopodobnie wpadliby na następną osobę, która napinałaby się i odsuwała od nich. (Wymieniane byłyby również słowa, ale nie jest to ani związane z naszym eksperymentem myślowym, ani przyjazne dla dzieci). Tymczasem jednak ta oryginalna osoba, na którą wpadłeś, teraz się zrelaksowała. Wzór przechodzi przez tłum – uderzenie-napięte-drgnięcie-westchnienie, uderzenie-napięcie-poruszenie-westchnienie.

Tak wygląda fala dźwiękowa. Dlatego też nie słychać dźwięków w kosmosie. Przebywanie w próżni jest jak przebywanie w pustym wagonie metra – nie ma molekularnego ośrodka, przez który mógłby się przemieszczać wzór ruchu, napięcia i uwolnienia. Podobnie dźwięk rozchodzi się nieco inaczej w wodzie niż w powietrzu, ponieważ cząsteczki wody są ściślej upakowane – wagon tokijskiego metra w porównaniu z wagonem w Nowym Jorku.

Na przykład najgłośniejsze zwierzę na Ziemi może w rzeczywistości żyć w oceanie. Kaszaloty używają echolokacji do nawigacji, podobnie jak nietoperze – wydają klikający dźwięk i potrafią dowiedzieć się, co się dzieje wokół, po tym, jak fala dźwiękowa odbija się od obiektów i wraca do nich. „Kliknięcie kaszalota to 200 decybeli, jednostka używana do pomiaru intensywności dźwięku” – powiedziała Jennifer Miksis-Olds, profesor akustyki na Penn State. Aby dać ci poczucie skali, najgłośniejszym dźwiękiem, jaki kiedykolwiek zarejestrowała NASA, był pierwszy stopień rakiety Saturn V, który osiągnął 204 decybele.

Ale wieloryb nie jest tak głośny jak rakieta, powiedziała mi. Ponieważ woda jest gęstsza od powietrza, dźwięk w wodzie jest mierzony w innej skali decybeli.W powietrzu kaszalot nadal byłby niezwykle głośny, ale znacznie mniejszy – 174 decybele. Jest to mniej więcej odpowiednik poziomu decybeli mierzonego na najbliższym barometrze, 100 mil od wybuchu Krakatoa, i jest wystarczająco głośny, aby rozerwać bębenki uszu. Wystarczy powiedzieć, że prawdopodobnie nie chcesz spędzać dużo czasu na pływaniu z kaszalotami.

Ponieważ dźwięk dotyczy wyłącznie ruchu niewidzialnych obiektów, Możliwe jest również, że ten ruch się wydarzy, a ty go nie usłyszysz. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki muszą się poruszać, kiedy uderzają w bębenek. Jeśli ruch przechodzi przez tłum cząsteczek zbyt wolno lub zbyt szybko, nasze ciało nie może przenieść tego ruchu na sygnały, które nasz mózg rozumie. Nazywa się to częstotliwością i jest mierzone w hercach. Ludzie mogą usłyszeć dość szeroki zakres – od 64 do 23 000 Hz.1

Ale herce i decybele są od siebie niezależne. Dźwięk może być bardzo głośny i nadal mieć częstotliwość, której nie słyszymy. To właśnie dotarło do Anglii i nie tylko po wybuchu Krakatoa: fale dźwiękowe, które były niesłyszalne dla ludzi. Ponieważ fale dźwiękowe o ekstremalnie niskiej częstotliwości mogą podróżować znacznie, znacznie dalej niż wyższe częstotliwości, to właśnie dźwięki o niskiej częstotliwości mogą odbywać tego rodzaju epickie podróże. Naukowcy nazywają to infradźwiękami i nasłuchują ich z wielu powodów. Organizacja Traktatu o całkowitym zakazie prób jądrowych ma 60 stacji monitorujących w 35 krajach i wykorzystuje infradźwięki do wykrywania nielegalnych wybuchów jądrowych. USArray, który jest zarządzany przez konsorcjum uniwersytetów i agencji rządowych, mierzy infradźwięki na kontynencie północnoamerykańskim jako sposób na naukę o sejsmologii. Obie te sieci używają mikrobarometrów i mikrofonów o niskiej częstotliwości, śledząc współczesne infradźwięki w podobny sposób, jak kiedyś naukowcy śledzili infradźwięki z Krakatoa.

I jest wiele, wiele dźwięków do śledzenia, powiedział Michael Hedlin. Wraz z żoną Catherine de Groot-Hedlin prowadzą Laboratorium Akustyki Atmosferycznej Scripps Institution of Oceanography i badają dane dotyczące infradźwięków. Hedlin może przetwarzać te dane – po prostu przyspieszając je – tak, aby stały się słyszalne dla ludzkich uszu. Dźwięki duchów stały się ciałem.

Czujniki Hedlina rejestrują burze przetaczające się setki mil dalej. Słyszą odgłosy wydobywania węgla, tak jak to się dzieje w następnym stanie. A potem są bardziej stałe dźwięki. Wieje wiatr. Fale na oceanie uderzają o siebie. Niesłyszalne sygnały przemierzają setki mil, czasem tysiące. Kiedy zadzwoniłem do niego z śródlądowego Minneapolis, Hedlin powiedział mi: „Prawdopodobnie jesteś zanurzony w dźwiękach z oceanu, których nie słyszysz”.

Milton Garces, dyrektor Laboratorium Infradźwięków w Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology zgodziło się. W szczególności powiedział mi, że dwa dźwięki zakłócają sieć traktatu o zakazie prób jądrowych, ponieważ są one tak stałe, wszechobecne i tak głośne. , które zdarzają się na obrzeżach sztormów na morzu, kiedy dwie fale oceanu wędrujące w przeciwnych kierunkach spotykają się, wzmacniając się nawzajem w falę większą niż jedna z nich. Druga to po prostu dźwięk wiatru, który może osiągnąć poziom decybeli infradźwięków odpowiednik motocykla. „Rozwinęliśmy nasz próg słyszenia, żebyśmy nie zwariowali” – powiedział mi Garces. „Gdybyśmy mieli percepcję słuchową w tym paśmie, trudno byłoby się porozumieć. Zawsze tam jest”.

Nawet przy takiej ochronie niezwykle głośne infradźwięki mogą nadal mieć wpływ na nasze ciała. Ludzie narażeni na infradźwięki powyżej Przy 110 decybelach dochodzi do zmian ciśnienia krwi i częstości oddechów. Dostają zawrotów głowy i mają problemy z utrzymaniem równowagi. W 1965 r. Eksperyment sił powietrznych wykazał, że ludzie narażeni na infradźwięki w zakresie 151-153 decybeli przez 90 sekund zaczęli odczuwać swoje klatki piersiowej poruszają się bez ich kontroli. Przy wystarczająco wysokich decybelach zmiany ciśnienia atmosferycznego infradźwięków mogą nadmuchać i opróżnić płuca, skutecznie służąc jako środek sztucznego oddychania.

I dlatego, Kara Jo, nie Nie chcę odpowiedzieć na Twoje pytanie, nie wspominając jednocześnie o najgłośniejszym dźwięku, którego nie słyszysz. Byłby to meteor z Czelabińska, który eksplodował na niebie nad południową Rosją, w pobliżu granicy między Europą i Azją, 15 lutego 2013 r. Tes Czujniki t-Ban Treaty wychwyciły infradźwięki ponad 9000 mil od źródła, a fale dźwiękowe okrążyły kulę ziemską. Najbliższy czujnik znajdował się w odległości 435 mil, powiedział mi Garces, i nawet z tej odległości poziom decybeli infradźwięków osiągnął 90. Okazuje się, że rzeczy nie muszą mówić „bum”, żeby szło huk.