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“叮鈴鈴——”

從(cong) 早晨第一聲清脆的鬧鈴聲開始，腳步聲、嘩嘩流水聲、說話聲——各種聲音就接連湧進我們(men) 的耳朵裏，除了睡覺的時候，我們(men) 幾乎時時刻刻都能聽到它們(men) ，可聲音到底是什麽(me) 呢？又是怎麽(me) 來的呢？

雖然聲音摸不著、看不見，但有一種方法可以讓你間接地“摸”到它、看到它。拿出你的玩具鼓，左手放在鼓麵一邊，右手用鼓槌用力捶向另一邊，同時仔細觀察鼓麵，感覺到了嗎？

沒錯，鼓麵在振動，這就是聲音的本質——由物體(ti) 振動產(chan) 生的聲波。發出“咚咚咚”聲響的鼓是“聲源”，也就是聲音產(chan) 生的源頭。可是振動的鼓產(chan) 生的聲波又是怎麽(me) 到我們(men) 的耳朵裏的呢？

雖然鼓和我們(men) 之間並沒有電話線連接，但是在我們(men) 周圍其實到處都是聲音的“信使”——空氣。空氣裏有很多氮氣、氧氣等氣體(ti) 分子，鼓的振動帶動了它附近的氣體(ti) 分子的振動，然後就像接力賽一樣，把聲波傳(chuan) 向四周，也傳(chuan) 到了我們(men) 的耳朵裏。

在我們(men) 的耳朵裏也有一麵“小鼓”——鼓膜，它是一片半透明的薄膜，聲波穿過外耳道後就會(hui) 撞上它，讓它振動起來，鼓膜接著把振動傳(chuan) 給聽小骨，最後再傳(chuan) 到耳蝸裏的液體(ti) 那裏，使液體(ti) 發生波動，這種波動被神經細胞轉化成神經衝(chong) 動，傳(chuan) 到大腦的聽覺神經中樞，才讓我們(men) 聽到了聲音。

在宏觀世界中，無論是空氣、水，還是固體(ti) 都可以成為(wei) 聲音傳(chuan) 播的介質，沒有介質聲音就無法傳(chuan) 播，最先發現這一點的是17世紀的英國物理學家羅伯特·波義(yi) 耳。

當時，他做了一個(ge) 非常著名的實驗。波義(yi) 耳將一個(ge) 鬧鍾放進了一個(ge) 大玻璃罩裏，並且讓鬧鍾一直響著。即使有玻璃罩的阻擋，大家也還是能清楚地聽到鬧鍾不停吵鬧的聲音。接著，波義(yi) 耳變了個(ge) “魔術”，讓鬧鍾安靜下來了！

他用真空泵抽走了玻璃罩中的空氣，隨著空氣越來越少，鬧鍾的聲音也越來越弱，最後幾乎聽不到了。但是一打開玻璃罩，鬧鍾就又開始吵了。

現在我們(men) 知道，這是因為(wei) 聲音的傳(chuan) 播需要介質，在我們(men) 的日常生活中，最主要的聲音傳(chuan) 播介質就是空氣。

人們(men) 利用這個(ge) 原理製造出了隔音窗。它由兩(liang) 麵玻璃製成，中間是幾乎真空的狀態，這就像是為(wei) 聲波設置了一條鴻溝，讓它無法跨越到窗戶的另一側(ce) 。

雖然從(cong) 宏觀世界中看，聲音的傳(chuan) 播需要介質，但微觀的量子世界卻打破了這個(ge) 規則。就在不久前，科學家們(men) 發現真空也在極短距離內(nei) 能傳(chuan) 播聲音！

實際上，真空並不是什麽(me) 都沒有，它的確沒有原子、分子這類實物粒子，但是卻存在著由“虛粒子”構成的量子場，類似於(yu) 電子形成的電場，它們(men) 不斷產(chan) 生又消失，就像水波振蕩時激起的小水珠，彈起又回落，這個(ge) 現象被稱為(wei) 量子漲落。科學家發現，當真空中的兩(liang) 片薄膜靠得很近時，一片薄膜的振動就可以通過量子漲落傳(chuan) 給另一片薄膜，這就意味著，聲波通過了真空！

然而，這種現象目前僅(jin) 限於(yu) 奇妙的量子世界，在我們(men) 的宏觀世界，想要聽到聲音依然需要介質。

參考資料：

Fong, K.Y., Li, H., Zhao, R. et al. (2019). Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations. Nature 576, 243–247

作者：Mirror

審稿：張軒中（科普作家，中國物理學會(hui) 會(hui) 員）

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