超声与次声的应用

声音是由物体振动产生的，物理学中，把每秒振动的次数称为频率。人耳能听到声音的频率范围是20Hz——20000Hz之间，高于或低于这个范围人耳都不能听见。频率高于20000Hz 的声音叫超声，超声具有能量大、沿直线传播的特点，所以在现代技术中具有广泛地应用。

我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声，此时人们向水中发出一系列不同频率的超声，然后记录与处理反射回声，从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。如果渔船载有水下超声发生器，它旋转着向各个方向发射超声，超声遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射的超声就知道鱼群的位置了．这种仪器叫做声纳．到目前为止，声纳已被广泛地应用于各种船只、舰艇和潜艇。利用它可以探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度等．根据同样的道理也可以用超声探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞或裂纹．

有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声的器官．以昆虫为食的蝙蝠，视觉很差，飞行中不断发出超声脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物．海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置．现代的无线电定位器——雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器．深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学．

利用超声焊接技术于塑胶工业上在世界各地已日趋普遍。由于应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法，从而提高了生产效率、降低了成本，并能达到完美的焊接的效果。

医学上最早利用超声是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声应用于腹部器官的探测。如今超声扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。

理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大．在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度．这就是超声加湿器的原理．对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效．如果将高能超声聚焦，能量甚至足以震碎石块，所以可以用来击碎体内结石，使患者免受手术之苦。

医学超声检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。人体各个内脏的表面对超声的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样．平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声进行造影，帮助医生分析体内的病变．

目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A型、B型、M型及D型四大类。

金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事．如果在放有这些物品的清洗液中通入超声，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净，而不需直接接触物件的表面。因此用来对医疗器械和食物等进行杀菌消毒。眼镜公司替我们洗眼镜时也是用这种方法。

此外，超声去脂技术也可用于各种肥胖症及局部脂肪堆积者，以改善其体形．超声在组织深部引起每秒一百万次的细微震动，能给予组织刺激，促进新陈代谢，使废物排出．在人体面部进行治疗，以达到美容目的．用超声处理的种子可以缩短发芽时间，提高发芽率。

频率低于20赫兹的叫次声。次声的来源有：地震、火山爆发、风暴、海啸，核爆炸、导弹发射和火箭发射也能产生次声。次声波由于频率很低，在传播过程中衰减很小。当次声在大气中传播几千千米时，空气对其吸收还不到万分之几分贝。因此，次声波可以在空气、地面等介质中传播得很远。例如一包5kg的炸药爆炸时，几千米以外就听不到爆炸声了，但由爆炸引起的次声却能传到80km远处。1883年8月27日，印度尼西亚的喀拉喀托火山突然大爆发，产生了强爆炸波，发出了巨响。同时产生的次声则传播得更远，居然绕地球转了3圈，历时108小时。1961年，前苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声绕地球转了5圈。

能量很高的次声具有极大的破坏力，能使机械设备破裂、飞机解体、建筑物遭到破坏等。很强的次声波对人和动物都是有害的。人体的各个器官都有自己的固有频率。例如，人体内脏的固有频率在10Hz以下。人耳听不见的次声，如果与人的某个器官的固有频率相同，会引起共振。因此，次声对人的心脏、听觉、视力、语言会产生影响，强大的次声波会导致人的死亡。当次声频率和人脑固有频率(8Hz～12Hz)接近时，会引起共振，刺激人的大脑，对人的心理和意识产生一定的影响，轻者感觉不适，注意力无法集中，情绪上恐惧不安，还会引起头痛、恶心、晕眩；严重时使人神经错乱，癫狂不止，休克昏厥，丧失思维能力。

次声在声学范围内还是一个比较新的领域，它不仅用于探测气象、地震、预报台风、海啸，而且也用于军事侦察。所以对次声波的产生、传播、接收、影响和应用的研究，已导致现代声学的一个新分支的形成，这就是次声学。有人预计，近代声学不断深入到人的思维和大脑活动，很有可能，声学是人类最先突破人脑活动禁区的学科。

次声“杀人”之谜

1890年，一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了．20年后，人们在火地岛海岸边发现了它．奇怪的是：船上的开都原封未动．完好如初．船长航海日记的字迹仍然依稀可辨；就连那些死已多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”；

1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；

在匈牙利鲍拉得利山洞入口廊里，3名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸......

上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究．就以本文开头的那桩惨案来说，船员们是怎么死的？是死于天火或是雷击的吗？不是，因为船上没有丝毫燃烧的痕迹；是死于海盗的刀下的吗？不！遇难者遗骸上看到死前打斗的迹象；是死于饥饿干渴的吗？也不是！船上当时时贮存着足够的食物和淡火．至于前面提到的第二桩和第三桩惨案，是自杀还是他杀？死因何在？凶手是谁？检验的结果是：在所有遇难者身上，都没有找到任何伤痕，也不存在中毒迹象．显然，谋杀或者自杀之说已不成立．那么，是以及病一类心脑血管疾病的突然发作致死的吗？法医的解剖报告表明，死者生前个个都很健壮！

案情的确蹊跷、迷离而莫测！

经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的“凶手”，是一种为人们所不很了解的次声的声波．次声波是一种每秒钟振动数很少，人耳听不到的声波．次声的声波频率很低，一般均在20兆赫以下，波长却很长，传播距离也很远．它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远．例如，频率低于1赫的次声波，可以传到几千以至上万公里以外的地方．1960年，南美洲的智利发生大地震，地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落！1961年，苏联在北极圈内进行了一次核爆炸，产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！

次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下．次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤．次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡．

为什么次声波能致人于死呢？

原来，人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（0.01~20赫），倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状．特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命．前面开头提到的发生在马六甲海峡的那桩惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，恰遇上海上起了风暴．风暴与海浪摩擦，产生了次声波．次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡．

次声虽然无形，但它却时刻在产生并威胁着人类的安全．在自然界，例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变；在工厂，机械的撞击、摩擦；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等，都可以产生次声波．

由于次声波具有极强的穿透力，因此，国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”，监测着海潮的洋面．一旦船只或飞机失事附海，可以迅速测定方位，进行救助．

近年来，一些国家利用次声能够“杀人”这一特性，致力次声武器——次声炸弹的研制尽管眼下尚处于研制阶段，但科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免．次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板．人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里，也还是一样地难逃残废的厄运．次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物．但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多．