Världens högsta ljud skulle döda dig på fläcken

De frågor som barn ställer om vetenskap är inte alltid lätta att besvara. Ibland kan deras små hjärnor leda till stora platser som vuxna glömmer bort att utforska. Med detta i åtanke har vi startat en serie som heter Science Question From a Toddler, som kommer att använda barnens nyfikenhet som utgångspunkt för att undersöka de vetenskapliga underverk som vuxna inte ens tänker på att fråga om. Svaren är till för vuxna, men de skulle inte vara möjliga utan den förundran som bara ett barn kan bidra med. Jag vill att de små barnen i ditt liv ska vara en del av det! Skicka mig deras vetenskapliga frågor och de kan tjäna som inspiration till en spalt. Och nu, vårt småbarn …

Q: Jag vill höra vad som är det mest högljudda i världen! – Kara Jo, 5 år

Nej. Nej, det vill du verkligen inte. Du förstår, det finns en sak med ljud som till och med vi vuxna har en tendens att glömma – det är inte någon glittrig regnbåge som svävar omkring utan någon koppling till den fysiska världen. Ljud är mekaniskt. Ett ljud är en knuff – bara en liten knuff, en knackning på det hårt spända membranet i trumhinnan. Ju högre ljudet är, desto tyngre är stöten. Om ett ljud är tillräckligt högt kan det slita ett hål i trumhinnan. Om ett ljud är tillräckligt högt kan det plöja in i dig som en linebacker och slå dig platt på rumpan. När chockvågen från en bomb slår in i ett hus är det ljudet som sliter sönder tegelstenar och splittrar glas. Ljud kan döda dig.

Rubik’s Cube speed-solving har blivit dramatiskt snabbare sedan 80-talet

Tänk på detta stycke historia: På morgonen den 27 augusti 1883 hörde boskapsskötare på ett fårläger utanför Alice Springs i Australien ett ljud som liknade två skott från ett gevär. I samma ögonblick sprängde den indonesiska vulkanön Krakatoa sig själv i bitar 2 233 mil bort. Forskare tror att detta förmodligen är det mest högljudda ljud som människor någonsin har mätt med noggrannhet. Det finns inte bara uppgifter om att människor hörde ljudet av Krakatoa tusentals kilometer bort, det finns också fysiska bevis för att ljudet av vulkanens explosion färdades hela vägen runt jorden flera gånger.

Nu hörde ingen Krakatoa i England eller Toronto. Det hördes ingen ”boom” i S:t Petersburg. I stället var det som dessa platser registrerade spikar i det atmosfäriska trycket – själva luften som spände sig och sedan släppte ut med en suck, när ljudvågorna från Krakatoa passerade igenom. Det finns två viktiga lärdomar om ljud i detta: För det första behöver du inte kunna se det mest högljudda ljudet i världen för att höra det. För det andra: bara för att du inte kan höra ett ljud betyder det inte att det inte finns där. Ljud är kraftfullt och genomträngande och det omger oss hela tiden, vare sig vi är medvetna om det eller inte.

I allmänhet är vår värld mycket mer överfylld än vad vi tror att den är. Vi lever alla livet som om vi vore Maria von Trapp, som svänger runt med armarna på ett tomt fält. I verkligheten är vi mer som pendlare på tunnelbanan klockan 17.00 – instängda i alla riktningar av de molekyler som utgör luften omkring oss. Knäpp med fingrarna och du skakar om partiklarna bredvid dig. När de vickar stöter de på partiklarna bredvid dem, som i sin tur knuffar partiklarna bredvid dem.

Dessa vickningar är vad världens barometrar mätte i kölvattnet av Krakatoua-utbrottet. Tänk återigen på att befinna dig i en överfull tågvagn. Om du skulle kolla personen som står bredvid dig med höften – vilket jag inte rekommenderar – skulle han eller hon spänna sig och flytta sig bort från dig. I processen skulle de förmodligen stöta ihop med nästa person, som skulle spänna sig och skutta bort från dem. (Det skulle också bli ordväxling, men det är varken relevant för vårt tankeexperiment eller barnvänligt). Under tiden har dock den ursprungliga personen som du stötte ihop med nu slappnat av. Mönstret färdas genom folkmassan – bump-tense-wiggle-sigh, bump-tense-wiggle-sigh.

Det är så en ljudvåg ser ut. Det är också därför man inte kan höra ljud i rymden. Att befinna sig i ett vakuum är som att befinna sig i en tom tunnelbanevagn – det finns inget molekylärt medium som mönstret av rörelser, spänningar och släpp kan färdas genom. På samma sätt färdas ljudet lite annorlunda i vatten än i luft, eftersom molekylerna i vatten är mer tätt packade – en tunnelbanevagn i Tokyo jämfört med en i New York.

Det mest högljudda djuret på jorden kan till exempel i själva verket bo i havet. Spermalvalar använder ekolokalisering för att navigera, på samma sätt som fladdermöss – de gör ett klickande ljud och kan räkna ut vad som finns i närheten genom hur ljudvågen studsar mot föremål och återvänder till dem. Ett klick från en kaskelot är 200 decibel, den enhet som används för att mäta ljudets intensitet, säger Jennifer Miksis-Olds, biträdande professor i akustik vid Penn State. För att ge dig en känsla av skalan är det högsta ljudet som NASA någonsin har registrerat Saturn V-raketens första steg, som uppmättes till 204 decibel.

Men valen är egentligen inte lika högljudd som raketen, berättade hon. Eftersom vatten är tätare än luft mäts ljud i vatten på en annan decibelskala. I luft skulle kaskeloten fortfarande vara extremt högljudd, men betydligt mindre högljudd – 174 decibel. Det motsvarar ungefär de decibelnivåer som uppmättes vid den närmaste barometern, 100 mil från Krakatoautbrottet, och är tillräckligt högt för att brista i människors trumhinnor. Det räcker med att säga att du förmodligen inte vill tillbringa mycket tid med att simma med kaskeloter.

.

För att ljud handlar om rörelsen hos osynliga föremål, är det också möjligt att rörelsen sker utan att du kan höra den. Det beror på att molekylerna måste vicka precis rätt när de träffar vår trumhinna. Om rörelsen går genom mängden molekyler för långsamt eller för snabbt kan vår kropp inte överföra rörelsen till signaler som vår hjärna förstår. Detta kallas frekvens och mäts i hertz. Människor kan höra ett ganska brett område – 64 hertz till 23 000 hertz.1

Men hertz och decibel är oberoende av varandra. Ett ljud kan vara extremt högt och ändå ligga på en frekvens som vi inte kan höra. Det var det som färdades hela vägen till England och vidare efter Krakatoas utbrott: ljudvågor som var ohörbara för människor. Eftersom extremt lågfrekventa ljudvågor kan färdas mycket, mycket längre än högre frekvenser är det just lågfrekventa ljud som kan göra sådana här episka resor. Forskarna kallar detta för infrasound, och de lyssnar efter det av många olika anledningar. Organisationen för fördraget om fullständigt förbud mot kärnsprängningar har 60 övervakningsstationer i 35 länder och använder infra-ljud för att upptäcka olagliga kärnvapendetonationer. USArray, som förvaltas av ett konsortium av universitet och statliga organ, mäter infraljud över hela den nordamerikanska kontinenten som ett sätt att lära sig om seismologi. Båda dessa nätverk använder mikrobarometrar och lågfrekventa mikrofoner och spårar modernt infraljud på samma sätt som forskarna en gång spårade infraljudet från Krakatoa.

Och det finns många, många ljud att spåra, säger Michael Hedlin. Han och hans fru, Catherine de Groot-Hedlin, driver Scripps Institution of Oceanography’s Laboratory for Atmospheric Acoustics och studerar data om infraljud. Hedlin kan bearbeta dessa data – i princip bara påskynda dem – så att de blir hörbara för mänskliga öron. Spökljud som blir verklighet.

Hedlins sensorer hör åskväder som rullar hundratals kilometer bort. De hör ljudet av kolbrytning som sker i nästa delstat. Och sedan finns det de mer konstanta ljuden. Vinden blåser. Vågorna på havet slår mot varandra. De ohörbara signalerna färdas hundratals mil, ibland tusentals. När jag ringde honom från Minneapolis, som ligger i land, sa Hedlin till mig: ”Du är förmodligen nedsänkt i ljud från havet som du inte kan höra.”

Milton Garces, chef för Infrasound Laboratory vid Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology, höll med. Han berättade särskilt att två ljud stör nätverket för fördraget om förbud mot kärnvapentester, eftersom de är så konstanta, så genomträngande och så högljudda. Det första är mikrobaromer, som uppstår i utkanten av stormar till havs, när två havsvågor som rör sig i motsatt riktning möts och förstärker varandra till en våg som är större än vad den ena vågen var på egen hand. Det andra är bara ljudet av vinden – som kan nå decibelnivåer som motsvarar decibelnivåerna från en motorcykel. ”Vi har utvecklat vår hörseltröskel så att vi inte blir galna”, berättade Garces för mig. ”Om vi hade hörseluppfattning i det bandet skulle det vara svårt att kommunicera. Det finns alltid där.”

Även med detta skydd kan extremt höga infraljud fortfarande påverka våra kroppar. Människor som utsätts för infrasounds över 110 decibel upplever förändringar i sitt blodtryck och sin andningsfrekvens. De blir yr och har svårt att hålla balansen. 1965 visade ett experiment från flygvapnet att människor som utsattes för infraljud i intervallet 151-153 decibel i 90 sekunder började känna att deras bröstkorg rörde sig okontrollerat. Vid tillräckligt höga decibelvärden kan de atmosfäriska tryckförändringarna från infraljud blåsa upp och tömma lungorna, vilket i praktiken fungerar som ett medel för konstgjord andning.

Och det, Kara Jo, är anledningen till att jag inte vill svara på din fråga utan att också berätta om det högsta ljudet som du inte kan höra. Det är Tjeljabinskmeteoren, som exploderade på himlen över södra Ryssland, nära gränsen mellan Europa och Asien, den 15 februari 2013. Testförbudsfördragets sensorer fångade upp infraljudet mer än 9 000 mil från källan och ljudvågorna cirklade runt jorden. Den närmaste sensorn var 435 mil bort, berättade Garces, och även på det avståndet nådde infrasounddecibelnivån upp till 90. Det visar sig att saker och ting inte behöver säga ”boom” för att bli boom.