奇，声波也能在真空里传播
“差之毫厘，缪以千里”，科学上尤为如此。人们常看到这种现象：电磁波能在真空任意传播，但声波却不能。科学家也一直认为声波几乎不可能穿越真空。事实上这是个极大的误会，我们深入研究后发现，声波同样能穿越真空传播，这一发现极具研究价值。声波 (Sound wave)，是声源振动在媒介中的传播，是媒介粒子偏离平衡态的小扰动的传播。以往，物理学家对声波特征：周期、频率、干涉、衍射等研究已很深刻，但对声波传播过程，特别是声波在媒介中传播的精细过程研究太少。因此，没有认识到声波穿越真空的事实。
声波如何穿越真空?我们不妨从声波穿越空气开始。
空气是很好的声波媒介，但稀薄空气就不一样了。来做一个小实验：让空气逐渐变稀薄，空气稀薄达到一定限度后，声波便无法传播了。稀薄空气为何无法传播声波呢?我们主要来探索这个问题。
原来，空气分子有两个重要特性：分子力、分子间隙。
· 分子力：压缩空气会遇到强阻力，阻力来自空气分子间天然斥力，即分子力。它是空气分子间传递声波振动的纽带。
· 分子间隙：气态空气体积是超低温下固体空气体积的一千多倍，显然，空气分子距离很大，这就是分子间隙。或者说，空气分子之间有很大“真空间隙”存在。
分子力、分子间隙的存在，使空气分子间无法直接碰撞来传递声波，而要靠分子力帮助，把振动从一个分子上传递到另一个分子上。于是，声波传播分为两步：
· 一是，依靠分子力，声波振动穿越“真空间隙”;
· 二是，声波振动在分子上停留并传递，声波在每个分子上会短暂滞留，滞留时间决定了声波速度。
我们发现，声波穿过了空气分子之间微小“真空”。同时，声波的音速也由两部分组成：
· 其一，分子力“背着”声波穿过真空间隙的速度，此速度应为光速，因为分子力本质上是电荷力，而电荷力的传递速度为光速;
· 其二，声波在每个分子上停滞、传递的速度，与分子弹性有关。
从这两点来看，音速的关键是分子弹性能力，弹性大，音速就大。所以，固体、液体中音速要比气体中音速大。
声波为何不能穿越更大的真空呢?关键是分子力太小的原因，当空气稀薄、分子间隙很大时，分子力几乎消失，已无法把声波振动传到下一个分子上了。假如距离10米的两个分子间，仍能相互传递声波振动，那么声波将穿越更大真空，能在近似真空里传播。因此，分子力限制了声波穿越更大的真空。
来源：谭铎平科学网博客，作者：谭铎平。
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