Nejhlasitější zvuk na světě by vás na místě zabil

Na otázky dětí týkající se vědy není vždy snadné odpovědět. Jejich malé mozky mohou někdy vést na velká místa, která dospělí zapomínají prozkoumat. S ohledem na to jsme zahájili seriál nazvaný Vědecká otázka od batolete, který bude využívat dětskou zvědavost jako odrazový můstek pro zkoumání vědeckých zázraků, na které dospělé ani nenapadne se ptát. Odpovědi jsou určeny dospělým, ale nebyly by možné bez údivu, který může přinést jen dítě. Chci, aby se toho batolata ve vašem životě zúčastnila! Pošlete mi jejich vědecké otázky a možná poslouží jako inspirace pro sloupek. A nyní naše batole …

Q: Chci slyšet, co je nejhlasitější věc na světě! – Kara Jo, 5 let

Ne, to opravdu ne. Víš, se zvukem je taková věc, na kterou i my dospělí zapomínáme – není to nějaká třpytivá duha, která se vznáší kolem a nemá žádnou souvislost s fyzickým světem. Zvuk je mechanický. Zvuk je šťouchnutí – jen takové malé, poklepání na pevně napnutou membránu ušního bubínku. Čím hlasitější zvuk, tím silnější klepnutí. Pokud je zvuk dostatečně hlasitý, může vám protrhnout díru v ušním bubínku. Pokud je zvuk dostatečně hlasitý, může do vás vrazit jako linebacker a srazit vás na zadek. Když tlaková vlna z bomby srovná dům se zemí, je to zvuk trhající cihly a tříštící sklo. Zvuk vás může zabít.

Od 80. let se rychlost řešení Rubikovy kostky dramaticky zrychlila

Přemýšlejte o tomto kousku historie: Ráno 27. srpna 1883 uslyšeli rančerové v ovčím táboře u Alice Springs v Austrálii zvuk podobný dvěma výstřelům z pušky. V tu chvíli se indonéský sopečný ostrov Krakatoa rozletěl na kusy ve vzdálenosti 2233 kilometrů. Vědci se domnívají, že jde pravděpodobně o nejhlasitější zvuk, jaký kdy lidé přesně naměřili. Nejenže existují záznamy o tom, že lidé slyšeli zvuk Krakatoy na vzdálenost tisíců kilometrů, ale existují také fyzické důkazy o tom, že zvuk výbuchu sopky několikrát obletěl celou zeměkouli.

No, v Anglii nebo Torontu Krakatou nikdo neslyšel. V Petrohradě nebylo slyšet žádné „bum“. Místo toho byly na těchto místech zaznamenány výkyvy atmosférického tlaku – samotný vzduch se napjal a pak s povzdechem uvolnil, jak jím procházely zvukové vlny z Krakatoy. Z toho plynou dvě důležitá ponaučení o zvuku: Za prvé, nemusíte vidět nejhlasitější věc na světě, abyste ji slyšeli. Za druhé, to, že zvuk neslyšíte, neznamená, že tam není. Zvuk je mocný a všudypřítomný a obklopuje nás neustále, ať už si to uvědomujeme, nebo ne.

Obecně je náš svět mnohem přeplněnější, než si myslíme. Všichni žijeme život, jako bychom byli Maria von Trapp a máchali rukama na prázdném poli. Ve skutečnosti jsme spíše jako cestující v metru v pět hodin odpoledne – ze všech stran obklopeni molekulami, které tvoří vzduch kolem nás. Luskneme prsty a roztříštíme částice hned vedle sebe. Jak se vrtí, narážejí do částic vedle sebe, a ty zase šťouchají do částic vedle sebe.

Takové vrtění měřily světové barometry po výbuchu sopky Krakatoa. Opět si představte, že jste v přeplněném vlakovém vagonu. Kdybyste kontrolovali bok člověka stojícího vedle vás – což nedoporučuji -, napnul by se a odskočil by od vás. Přitom by pravděpodobně narazili do další osoby, která by se napjala a odstrčila se od nich. (Také by došlo k výměně slov, ale to není pro náš myšlenkový experiment podstatné a není to ani vhodné pro děti). Mezitím se však ta původní osoba, do které jste narazili, uvolnila. Vzorec se šíří davem – náraz-napětí-houpání-vzdych, náraz-napětí-houpání-vzdych.

Tak vypadá zvuková vlna. To je také důvod, proč ve vesmíru neslyšíte zvuky. Být ve vakuu je jako být v prázdném vagonu metra – neexistuje žádné molekulární médium, kterým by mohl procházet vzorec pohybu, napětí a uvolnění. Stejně tak se zvuk šíří ve vodě trochu jinak než ve vzduchu, protože molekuly ve vodě jsou těsněji zabalené – vagon tokijského metra ve srovnání s vagonem metra v New Yorku.

Například nejhlasitější zvíře na Zemi může ve skutečnosti žít v oceánu. Spermie používají k navigaci echolokaci, podobně jako netopýři – vydávají cvakavý zvuk a podle toho, jak se zvuková vlna odráží od předmětů a vrací se k nim, mohou zjistit, co je kolem. Podle Jennifer Miksis-Oldsové, docentky akustiky na Pensylvánské státní univerzitě, má cvakání vorvaňů hodnotu 200 decibelů, což je jednotka používaná k měření intenzity zvuku. Pro představu, nejhlasitější zvuk, jaký kdy NASA zaznamenala, byl první stupeň rakety Saturn V, který měl hodnotu 204 decibelů.

Ale velryba ve skutečnosti není tak hlasitá jako raketa, řekla mi. Protože voda je hustší než vzduch, zvuk ve vodě se měří na jiné decibelové stupnici. Ve vzduchu by byl vorvaň stále extrémně hlasitý, ale podstatně méně – 174 decibelů. To zhruba odpovídá hladině decibelů naměřené na nejbližším barometru ve vzdálenosti 100 mil od výbuchu sopky Krakatoa a je dost hlasitá na to, aby lidem protrhla ušní bubínky. Stačí říct, že pravděpodobně nechcete trávit mnoho času plaváním s vorvaněmi.

.

.

.

Protože zvuk je o pohybu neviditelných objektů, je také možné, že tento pohyb nastane a vy ho neslyšíte. Je to proto, že molekuly se musí při dopadu na náš ušní bubínek správně rozkmitat. Pokud pohyb prochází davem molekul příliš pomalu nebo příliš rychle, naše tělo nemůže tento pohyb přenést do signálů, kterým náš mozek rozumí. Tomu se říká frekvence a měří se v hertzech. Lidé slyší poměrně široký rozsah – 64 hertzů až 23 000 hertzů.1

Hertz a decibel jsou však na sobě nezávislé. Zvuk může být extrémně hlasitý, a přesto může mít frekvenci, kterou neslyšíme. Právě to se po výbuchu sopky Krakatoa šířilo až do Anglie a dál: zvukové vlny, které byly pro člověka neslyšitelné. Protože zvukové vlny o extrémně nízkých frekvencích mohou cestovat mnohem, mnohem dál než zvuky o vyšších frekvencích, jsou to právě zvuky o nízkých frekvencích, které mohou podnikat takovéto epické cesty. Vědci tomu říkají infrazvuk a naslouchají mu z celé řady důvodů. Organizace Smlouvy o úplném zákazu jaderných zkoušek má 60 monitorovacích stanic ve 35 zemích a infrazvuk využívá k odhalování nelegálních jaderných výbuchů. USArray, který spravuje konsorcium univerzit a vládních agentur, měří infrazvuk na celém severoamerickém kontinentu jako způsob poznávání seismologie. Obě tyto sítě používají mikrobarometry a nízkofrekvenční mikrofony a sledují moderní infrazvuk podobně, jako kdysi vědci sledovali infrazvuk z Krakatoy.

A zvuků ke sledování je mnoho, mnoho, řekl Michael Hedlin. On a jeho žena Catherine de Groot-Hedlinová vedou Laboratoř pro atmosférickou akustiku Scrippsova oceánografického ústavu a studují údaje o infrazvuku. Hedlin dokáže tato data zpracovat – v podstatě jen zrychlit – tak, aby byla slyšitelná pro lidské uši. Zvuky duchů ztělesněné.

Hedlinovy senzory slyší bouřky, které se převalují stovky kilometrů daleko. Slyší zvuky těžby uhlí, která probíhá ve vedlejším státě. A pak jsou tu ještě stálé zvuky. Vítr fouká. Vlny na oceánu do sebe narážejí. Neslyšitelné signály se šíří stovky, někdy tisíce kilometrů. Když jsem mu volal z vnitrozemského Minneapolisu, Hedlin mi řekl: „Pravděpodobně jste ponořeni do zvuků z oceánu, které neslyšíte.“

Milton Garces, ředitel laboratoře infrazvuku na Havajském institutu geofyziky a planetologie, souhlasil. Konkrétně mi řekl, že dva zvuky ruší síť Smlouvy o zákazu jaderných zkoušek, protože jsou tak stálé, tak všudypřítomné a tak hlasité. Prvním z nich jsou mikrobaromy, k nimž dochází na okrajích bouří na moři, když se setkají dvě oceánské vlny putující opačným směrem a vzájemně se zesílí do vlny, která je větší, než byla kterákoli z nich samostatně. Druhým je právě zvuk větru – ten může dosahovat úrovně infrazvuku odpovídající úrovni decibelů motocyklu. „Vyvinuli jsme si práh slyšitelnosti, abychom se nezbláznili,“ řekl mi Garces. „Kdybychom vnímali sluch v tomto pásmu, bylo by obtížné se dorozumět. Je tam pořád.“

I s touto ochranou mohou mít extrémně hlasité infrazvuky na naše tělo vliv. U lidí vystavených infrazvukům nad 110 decibelů dochází ke změnám krevního tlaku a dechové frekvence. Mají závratě a problémy s udržením rovnováhy. V roce 1965 bylo při experimentu letectva zjištěno, že lidé vystavení infrazvuku v rozmezí 151-153 decibelů po dobu 90 sekund začali pociťovat, že se jim hrudník pohybuje bez jejich kontroly. Při dostatečně vysokých decibelech mohou změny atmosférického tlaku infrazvuku nafukovat a vyfukovat plíce, což účinně slouží jako prostředek umělého dýchání.

A proto, Karo Jo, nechci odpovídat na tvou otázku, aniž bych ti také neřekl o nejhlasitějším zvuku, který nemůžeš slyšet. Tím by byl čeljabinský meteor, který 15. února 2013 explodoval na obloze nad jižním Ruskem, nedaleko hranic mezi Evropou a Asií. Senzory Smlouvy o zákazu testování zachytily infrazvuk více než 9 000 kilometrů od zdroje a zvukové vlny obletěly zeměkouli. Nejbližší senzor byl vzdálen 435 mil, řekl mi Garces, a i na tuto vzdálenost dosahovala úroveň decibelů infrazvuku 90. Ukázalo se, že věci nemusí říkat „bum“, aby dělaly bum.

.