The Loudest Sound In The World Would Kill You On The Spot

Pytania dzieci dotyczące nauki nie zawsze są łatwe do odpowiedzi. Czasami ich małe mózgi mogą prowadzić do wielkich miejsc, które dorośli zapominają odkrywać. Mając to na uwadze, rozpoczęliśmy serię Science Question From a Toddler, w której wykorzystamy ciekawość dzieci jako punkt wyjścia do zbadania naukowych cudów, o które dorośli nawet nie myślą pytać. Odpowiedzi są dla dorosłych, ale nie byłyby możliwe bez zachwytu, jaki może wnieść tylko dziecko. Chcę, aby maluchy w twoim życiu były tego częścią! Wysyła mi ich naukowe pytania i mogą one służyć jako inspiracja dla kolumny. A teraz, nasz maluch…

Q: Chcę usłyszeć, co jest najgłośniejszą rzeczą na świecie! – Kara Jo, lat 5

Nie. Nie, naprawdę nie chcesz. Widzisz, jest coś takiego w dźwięku, o czym nawet my dorośli mamy tendencję zapominać – to nie jest jakaś brokatowa tęcza unosząca się wokół bez związku ze światem fizycznym. Dźwięk jest mechaniczny. Dźwięk to pchnięcie – takie małe, stuknięcie w mocno naciągniętą membranę bębenka usznego. Im głośniejszy dźwięk, tym silniejsze puknięcie. Jeśli dźwięk jest wystarczająco głośny, może wyrwać dziurę w bębenku. Jeśli dźwięk jest wystarczająco głośny, może wbić się w ciebie jak linebacker i powalić cię płasko na tyłek. Kiedy fala uderzeniowa z bomby zrównuje z ziemią dom, to dźwięk rozrywa cegły i rozbija szkło. Dźwięk może cię zabić.

Rubik’s Cube speed-solving has got gotten dramatically faster since the 80s

Consider this piece of history: Rankiem 27 sierpnia 1883 r. ranczerzy z obozu dla owiec w pobliżu Alice Springs w Australii usłyszeli dźwięk przypominający dwa strzały z karabinu. W tym samym momencie indonezyjska wyspa wulkaniczna Krakatoa rozpadała się na kawałki w odległości 2333 mil. Naukowcy uważają, że jest to prawdopodobnie najgłośniejszy dźwięk, jaki ludzie kiedykolwiek dokładnie zmierzyli. Nie tylko istnieją zapisy ludzi słyszących dźwięk Krakatoa tysiące mil stąd, istnieją również fizyczne dowody na to, że dźwięk eksplozji wulkanu podróżował po całym świecie wiele razy.

Teraz nikt nie słyszał Krakatoa w Anglii lub Toronto. Nie było „bum” słyszalnego w Sankt Petersburgu. Zamiast tego, miejsca te zarejestrowały skoki ciśnienia atmosferycznego – samo powietrze napinało się, a następnie uwalniało z westchnieniem, gdy przechodziły przez nie fale dźwięku z Krakatoa. Są tu dwie ważne lekcje na temat 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 go nie ma. Dźwięk jest potężny i wszechobecny i otacza nas cały czas, czy jesteśmy tego świadomi, czy nie.

Ogólnie rzecz biorąc, nasz świat jest o wiele bardziej zatłoczony, niż nam się wydaje. 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 – otoczeni w każdym kierunku przez molekuły tworzące powietrze wokół nas. Pstryknij palcami, a potrząśniesz cząsteczkami znajdującymi się tuż obok ciebie. Gdy się poruszają, wpadają na cząsteczki obok nich, które z kolei poruszają cząsteczki obok nich.

Te poruszenia są tym, co światowe barometry mierzyły w następstwie erupcji Krakatoa. Ponownie, pomyśl o byciu w zatłoczonym wagonie kolejowym. Jeśli sprawdziłbyś biodra osoby stojącej obok Ciebie – czego nie polecam – napięłaby się i odsunęła od Ciebie. W trakcie tego procesu, prawdopodobnie wpadłaby na następną osobę, która napięłaby się i odsunęła od niej. (Doszłoby również do wymiany słów, ale to nie jest ani istotne dla naszego eksperymentu myślowego, ani przyjazne dla dzieci). W międzyczasie jednak, ta pierwotna osoba, na którą wpadłeś, teraz się rozluźniła. Wzór przemieszcza się przez tłum – bump-tense-wiggle-sigh, bump-tense-wiggle-sigh.

Tak właśnie wygląda fala dźwiękowa. Jest to również powód, dla którego nie można usłyszeć dźwięków w przestrzeni. Przebywanie w próżni jest jak przebywanie w pustym wagonie metra – nie ma tam molekularnego medium, przez które przemieszczałby się wzorzec ruchu, napięcia i zwolnienia. Podobnie, dźwięk przemieszcza się nieco inaczej w wodzie niż w powietrzu, ponieważ cząsteczki w wodzie są ciaśniej upakowane – wagon metra w Tokio w porównaniu do jednego w Nowym Jorku.

Na przykład, najgłośniejsze zwierzę na Ziemi może, w rzeczywistości, żyć w oceanie. Plemniki używają echolokacji do nawigacji, podobnej do tej, której używają nietoperze – wydają dźwięk klikania i mogą zorientować się, co jest w pobliżu, na podstawie sposobu, w jaki fala dźwiękowa odbija się od obiektów i powraca do nich. Kliknięcie wieloryba spermy to 200 decybeli, jednostka używana do pomiaru natężenia dźwięku, powiedziała Jennifer Miksis-Olds, profesor nadzwyczajny akustyki na Penn State. Aby dać ci poczucie skali, najgłośniejszy dźwięk NASA kiedykolwiek nagrany był pierwszy etap rakiety Saturn V, który taktowany w 204 decybeli.

Ale wieloryb nie jest naprawdę tak głośno jak rakieta, powiedziała mi. Ponieważ woda jest gęstsza niż powietrze, dźwięk w wodzie jest mierzony w innej skali decybeli. W powietrzu, wieloryb byłby nadal bardzo głośny, ale znacznie mniej – 174 decybele. To mniej więcej tyle, ile wynosi poziom decybeli mierzony na najbliższym barometrze, 100 mil od miejsca erupcji Krakatoa, i jest wystarczająco głośny, by pękły ludziom bębenki w uszach. Dość powiedzieć, że prawdopodobnie nie chcesz spędzać dużo czasu na pływaniu z wielorybami spermy.

.

.

.

Ponieważ dźwięk jest związany z ruchem niewidzialnych obiektów, jest również możliwe, aby ten ruch miał miejsce i abyś go nie słyszał. To dlatego, że molekuły muszą poruszać się dokładnie tak jak trzeba, kiedy uderzają w błonę bębenkową. Jeśli ruch odbywa się w tłumie cząsteczek zbyt wolno lub zbyt szybko, nasze ciało nie jest w stanie przełożyć tego ruchu na sygnały zrozumiałe dla naszego mózgu. Nazywa się to częstotliwością i jest mierzone w hercach. Ludzie mogą słyszeć dźwięk w dość szerokim zakresie – od 64 herców do 23 000 herców.1

Ale herce i decybele są od siebie niezależne. Dźwięk może być bardzo głośny i nadal być na częstotliwości, której nie słyszymy. To jest to, co przemieściło się aż do Anglii i dalej po wybuchu Krakatoa: fale dźwiękowe, które były niesłyszalne dla ludzi. Ponieważ fale dźwiękowe o bardzo niskiej częstotliwości mogą przemieszczać się znacznie, znacznie dalej niż fale o wyższych częstotliwościach, to właśnie dźwięki o niskiej częstotliwości mogą odbywać tego rodzaju epickie podróże. Naukowcy nazywają to infradźwiękami i nasłuchują ich z wielu powodów. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization posiada 60 stacji monitorujących w 35 krajach i wykorzystuje infradźwięki do wykrywania nielegalnych detonacji jądrowych. Sieć USArray, zarządzana przez konsorcjum uniwersytetów i agencji rządowych, mierzy infradźwięki na całym kontynencie północnoamerykańskim w ramach nauki o sejsmologii. Obie te sieci używają mikrobarometrów i mikrofonów o niskiej częstotliwości, śledząc nowoczesne infradźwięki podobnie do sposobu, w jaki naukowcy kiedyś śledzili infradźwięki z Krakatoa.

I jest wiele, wiele dźwięków do śledzenia, powiedział Michael Hedlin. On i jego żona, Catherine de Groot-Hedlin, prowadzą Scripps Institution of Oceanography’s Laboratory for Atmospheric Acoustics i studiują dane infradźwiękowe. Hedlin może przetworzyć te dane – zasadniczo po prostu je przyspieszając – tak, że staną się one słyszalne dla ludzkich uszu. Dźwięki duchów stały się ciałem.

Sensory Hedlina słyszą burze przetaczające się setki mil stąd. Słyszą dźwięki wydobycia węgla, które ma miejsce w sąsiednim stanie. Są też bardziej stałe dźwięki. Wieje wiatr. Fale na oceanie uderzają o siebie. Niesłyszalne sygnały przemierzają setki mil, czasem tysiące. Kiedy zadzwoniłem do niego z położonego na lądzie Minneapolis, Hedlin powiedział mi: „Prawdopodobnie jesteś zanurzony w dźwiękach oceanu, których nie słyszysz.”

Milton Garces, dyrektor Laboratorium Infradźwięków w Instytucie Geofizyki i Planetologii na Hawajach, zgodził się z tym. W szczególności powiedział mi, że dwa dźwięki zakłócają działanie sieci Traktatu o Zakazie Prób Jądrowych, ponieważ są one tak stałe, tak wszechobecne i tak głośne. Pierwszy to mikrobary, które zdarzają się na krawędziach sztormów na morzu, kiedy dwie fale oceaniczne poruszające się w przeciwnych kierunkach spotykają się, wzmacniając się wzajemnie w falę większą niż każda z nich była sama. Drugi to po prostu dźwięk wiatru – który może osiągnąć poziom decybeli infradźwięków równy poziomowi hałasu motocykla. „Rozwinęliśmy nasz próg słyszenia, abyśmy nie zwariowali” – powiedział mi Garces. „Gdybyśmy mieli percepcję słuchową w tym paśmie, trudno byłoby się komunikować. To zawsze tam jest.”

Nawet z taką ochroną, niezwykle głośne infradźwięki mogą nadal wywierać wpływ na nasze ciała. Ludzie narażeni na infradźwięki o natężeniu powyżej 110 decybeli doświadczają zmian w ciśnieniu krwi i częstości oddechów. Kręci im się w głowie 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 niekontrolowane ruchy klatki piersiowej. Przy odpowiednio wysokich decybelach zmiany ciśnienia atmosferycznego wywołane przez infradźwięki mogą nadmuchiwać i opróżniać płuca, skutecznie służąc jako środek sztucznego oddychania.

I właśnie dlatego, Kara Jo, nie chcę odpowiadać na twoje pytanie, nie mówiąc ci również o najgłośniejszym dźwięku, którego nie możesz usłyszeć. Byłby to meteor czelabiński, który eksplodował na niebie nad południową Rosją, w pobliżu granicy między Europą i Azją, 15 lutego 2013 roku. Czujniki Traktatu o zakazie prób jądrowych wychwyciły infradźwięki ponad 9000 mil od źródła, a fale dźwiękowe okrążyły kulę ziemską. Najbliższy czujnik był oddalony o 435 mil, powiedział mi Garces, i nawet w tej odległości poziom decybeli infradźwięków osiągnął 90. Okazuje się, że rzeczy nie muszą mówić „bum”, żeby wybuchnąć.