有一个古老的谜语:如果一棵树在森林里倒下,而且那里没有人听到它倒下,请问这棵树倒下时有没有发出声音?要回答这个问题,你首先必须定义“声音”这个词。如果声音一定要有人用他或她的耳朵听到才算的话,那么你可以说,那棵树倒下时没有发出声音。
当一棵树倒下的时候,它撞击地面的能量沿着地面和周围的空气传播。这个能量引起了地面和周围空气的振动。如果声音是一种通过地面或空气传播的扰动,那么即使没有人在旁边,声音也产生了。根据这一定义,那棵树在倒地时确实发出了声音。
与前面讲过的波一样,声音也源于振动。当一棵树倒地时,周围的空气粒子受到扰动,这个扰动又引起邻近空气粒子的振动。
和所有的波一样,声波携带着能量穿过某种介质而介质粒子本身并不随声波一起传播。对声音而言,最普通的介质就是空气。扰动通过时,引起空气中的分子粒子的前后运动。
声音是一种纵波,是通过介质来传播的扰动。当这种扰动通过空气粒子的振动到达你耳朵时,你就听到了声音。
鼓是一种通过振动产生声音的乐器。敲鼓时,鼓的表面振动非常快,以至于你几乎看不到它的运动。
空气主要是由极小的气体粒子或者说分子组成的。当鼓膜向右运动时,它将空气分子推挤到一起,从而产生一个密部;当鼓膜向左运动时,空气分子又变得稀疏,从而产生一个疏部。
当你拨弄二根吉他弦时,它的前后运动也产生密部和疏部。这些密部和疏部作为纵波通过空气传播,类似于你看到的沿着一根弹簧传播的那些纵波。
声波也能在固体和液体里传播。当你敲门时,这扇门里的粒子便发生振动。这种振动产生了穿越这扇门的声波。当声波到达门的另一面时,它又在空气中形成了声波。在美国西部片里,你会看到某个人把耳朵贴在铁轨上来判断是否有火车正在开来。火车的声音通过钢轨传播。如果你把耳朵贴在地面上,你也许能听到远处的车辆来往情况。来自远处的交通工具发出的声音是分别通过空气和地面两个途径同时传播的。
只有在具有某种能够传播密部和疏部的介质的前提下,声音才能够传播。在外层空间,由于那里没有可以压缩的空气,即没有可以传播振动的介质,因此声音不能在外层空间传播。
当声波遇到带有小孔的障碍物时,有些声波能够通过这个小孔。就像港湾里的水波的衍射一样,当声波通过小孔时,它们也发生衍射。同样,声波通过一扇门时也发生衍射。即使你躲到房间的角落里,你仍然可以听到来自门外面的声音。
如果你在房间的外面,且离房门不太远的话,你就能听到来自房间里面的声音。
由于衍射,你也能听到来自拐角处的声音,因为声波通过拐角时也会发生衍射。