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    声音的形状
    作者:刘丰源 访问量: 20

    在我们的生活中,声音似乎无处不在,又无迹可寻。它是物质的一种振动行为,音源物体以每秒二十到两万次的速率振动,碰撞周围的空气分子,如浪潮般向外层层传递。这是一种不可见的震颤:就像足球场观众席上的人浪,每个人只在座位上起坐,但却形成了横贯整个体育场的波浪。尽管声波起伏的传播速度足有每秒数百米,每个分子的移动范围却都不超出自己的范围,人眼也就觉察不到。

    能不能将宇宙中的声音用具体的形状呈现出来?上世纪七十年代,美国作曲家乔治·克拉姆(George Crum)给了我们启发。在名作《大宇宙(Makrokosmos)》中,他大胆地把乐谱上的音符排成了一幅幅抽象画:五线谱扭结成交扣的双环,如雷霆霹雳般竖直交叉成十字,盘绕成鹦鹉螺般曲线优美的漩涡……空灵的钢琴曲落到纸面上,变成了蕴含着情绪的、用眼睛能看懂的条条曲线。

    尽管真正的宇宙没有一位特定的“作曲家”,它却也有记录声音的“乐谱”,这就是星际介质。星际介质是宇宙中气体和尘埃粒子的统称,它们如同薄雾一般弥漫在恒星之间,但却比实验室能制造出的最空的真空还要稀薄(每立方米仅有50到100个粒子)。尽管极低的密度使它无法传声,但当“声波”传播时,却会在介质中造成干扰,留下沙画一般的“五线谱”。因此,地球之外的声音虽然无法被聆听,却能被阅读。

    在我们的太阳系周围,本来也弥漫着这样的“沙画”原材料。但特别之处在于,太阳本身存在着强烈的星风爆发现象。它吐出一秒钟狂飙几百公里的太阳风,风中含有大量原子核和自由电子,足以将星际介质吹散并阻挡在亿万公里之外。通过这一过程,太阳系周围形成了一个椭球形空腔,它被称作“太阳圈”。它的范围非常宽广,我们熟知的八大行星全部被罩在这个圈里。这个所谓的“太阳圈”充满了它呼出的等离子体——也就是高温下分离的原子核和电子。在罩内,是太阳风的汹涌咆哮;在罩外,是星际介质的云卷云舒。由于太空天气的这种飞沙走石,在我们的地球家园附近,恐怕很难看到星际介质描绘出的宇宙乐谱。要想欣赏声音的形状,只能向更远处寻找。

    上个世纪六十年代发射的两艘旅行者号探测器,就是这样一个搜寻者。它们从地球出发,往太阳系外飞行。在太阳圈内飞行时,它们能时时刻刻探测到等离子波动信号——实际上就是聆听着太阳的呼吸声。

    当旅行者号经历了近四十年的滑翔,终于穿透了日鞘进入星际空间时,它探测到了另一种截然不同的等离子体波动模式。这里已经脱离了太阳的影响范围,因此只能是其它天体造成的效果。这意味着在旅行者号传回来的信号中,蕴藏着的是比邻恒星们哼唱的韵律——甚至可能是数十亿年前早已逝去的旧恒星遗留下来的远古歌谣,这些旧恒星的遗骸形成了弥漫的云气,并最终孕育出了我们的太阳。

    在更远处,还能看到更多声音的形状。用空间X射线望远镜远眺英仙座星系团,将会在星系之间弥漫的云气中,看到花瓣般绽开的形状。像堆叠的泡泡一般,它们从中心的超大质量黑洞向外扩散开来。原来,由于强大的引力作用,黑洞的喷流在它周围的云气中冲出了葫芦形的结构,形状如同一面腰鼓。这面“定音鼓”每960万年敲击一次,声波向外扩散,在整片空域中留下了周期性震荡的痕迹。

    音乐家对照着乐谱,就能演奏出作曲家设想的音乐。类似地,天文学家们观察宇宙中声音的形状,同样能够复原远方的声音。经过相应的转换发现,黑洞发出的音符是降B调,与肖邦的处女作,以及贝多芬著名的钢琴协奏曲《皇帝》的调性相同。黑洞奏出的音符比古典钢琴的中央C整整低57个八度,这是我们在宇宙中能听到的最低沉的音符。但在音响的宏大方面,它同样不输于最宏伟的乐曲:这面“定音鼓”的回响,足足波及了几十万光年!只是它余音袅袅,每960万年才演奏一次。

    具有形状的声音,甚至起源于最古老的过去。正如人们所熟知的,在鞭炮爆炸时,受热的空气突然膨胀会产生巨响。宇宙大爆炸也是空间突然扩张的过程,这一过程造成的效应,也可以类比成鞭炮爆炸的“响声”。而且在宇宙刚诞生时,物质足够稠密,足以传导宇宙大爆炸的“砰”声。那时宇宙中的物质比现在稠密得多,宇宙空间还不是真空,而是充斥着“原子浓汤”,声音能够在其中传播。这一机械波在原初宇宙中产生了微小的扰动,使得宇宙物质分布略有不均,从而释放出了密度不同的光子。在宇宙冷却一百余亿年之后,残留的光子能量越来越低,逐渐融入到了宇宙背景之中,这被称为“微波背景辐射”。观察这些残留辐射的不均匀分布,就能还原曾经的物质波动,从而回溯宇宙爆炸的声音。最新发射的普朗克卫星等探测器,成功地在非常高的精确度上测量到了它的起伏。科学家们借此复原了宇宙原初的这些声音,并将它们调制到人耳接收的频率。它们听起来低沉而神秘,如同科幻片里激光枪发射或者飞船飞行的声音。

    这些残留辐射不只是高精尖的仪器才能探测到。它们弥漫在我们身边,同样会对一些简易的设备造成干扰,例如电视天线。当电视不接收卫星信号时,它们打在天线上,形成了噪音,融入了满屏的雪花图案。因此,观看电视的雪花屏,实际上就是在不知不觉中阅读宇宙中最宏大音响的乐谱:那是宇宙大爆炸——开天辟地的巨响——的形状。

    声音的形状千奇百怪,但它们揭示出的宇宙现象又是如此迷人。冥冥之中,这声音与克拉姆的作品何其类似——在混乱诡异的图案之中,蕴藏着宇宙呱呱坠地时最悠长的啼哭。