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第23章 “隐形杀手”——共振

1.凶手是谁

这是一件既可怕又神秘的事件。1968年4月的一个傍晚,在法国马塞附近的一户人家,这家人共有12口人,正在吃晚餐,突然不知什么原因全部死亡。不仅如此,同时有一户在田里干活的农民,一共10口人,同样也是当场死亡。

经过调查,人们这才发现16千米之外有一个国防部次声试验所正在进行次声武器试验,由于技术方面的原因导致次声波泄露,这样一来,次声波便与人体内脏发生共振,导致农民内脏损伤,血管破裂,在短时间内死亡。如此令人惊骇的杀手竟是共振。

不仅如此,由共振引起的死亡事件还为数不少。共振就如同一个隐形杀手,在不知不觉中让人毙命。例如一次战役中,军队过桥时导致桥梁塌毁,共振也是罪魁祸首。

2.共振基本概念

当系统受到外界作用发生振动、外界作用的频率与系统频率相接近的时候,强迫振动的振幅就有可能达到非常大的值,这就是所谓的共振现象。对于一个系统来说,它有无数个固有频率,一般以低范围的系统频率为研究对象。

振荡强度即振幅的平方。物理学家通常将这个公式称为洛伦兹分布,出现在许多与共振相关的物理系统中。

在物理学上,共振是一个专业术语,运用频率非常高。两个物体的振动频率相同,如果一个发生振动,便会引起另一个物体的振动的现象叫共振。

在声学中,共振也称“共鸣”,指的是物体因共振而发声的现象。例如频率相同的两个音叉,当它们逐渐靠近,其中一个振动发声的时候,便会引起另一个音叉的发声与振动。

然而在电学中,振荡电路的共振现象则被人们称为“谐振”。

在自然界中,共振现象是比较常见的,人类在利用共振技术的同时,一直在偿试着避免共振现象的发生。生活中也存在着许多共振现象,例如乐器的音响共振、动物耳中基底膜的共振、电路的共振等等。此外,在太阳系中也有一些类木行星的卫星之间的轨道共振。

无论是力学的、声响的还是电子的系统,它们都有多个共振频率,这是因为在这些频率上振动相对来说是比较容易的,而在其他频率上振动并没有那么容易。一般情况下,对于一个引起振动的频率比较复杂的一个系统,如一个冲击或者是一个宽频振动,便会出现“挑出”它的共振频率随此频率振动的现象,实际上一个系统会将其他频率过滤掉。

有弹性是物体产生共振的重要条件之一。此外,当一个物体受外来的频率作用的时候,它的频率要与后者的频率相同或基本相近。总体而言,宇宙中大多数物质都是有弹性的,它们几乎都能够以或多或少的固有频率来振动。

不仅如此,共振现象也是宇宙间最频繁和最普遍的自然现象之一。因此,我们在某种程度上甚至可以这样说:“是共振产生了宇宙和世间万物,没有共振就没有世界。”

众所周知,经过一次剧烈的大爆炸才产生了宇宙,然而共振便是促使这次大爆炸产生的根本原因之一。很久以前,宇宙还处于混沌状态的时候,里面就已经开始产生振荡。刚开始,它是一种非常微弱的振荡。随着时间的推移,振荡的频率越来越高、程度越来越强,最终引起了共振。后来,由于共振和膨胀的共同作用,一阵惊天动地的巨响,在短时间内,使宇宙急剧地膨胀、扩张。地球上的日月星辰、江河陆地、植物、动物就是这样产生的。

宏观的宇宙是由共振创造而来的。不仅如此,微观物质世界的产生,同样与共振有着不可分割的关系。如果我们从电磁波谱来看的话,便会发现微观世界中的原子核、电子、光子等物质运动的能量传递都是以波动的形式进行的。对于宇宙诞生初期的化学元素,人们通常将它们看成是通过共振合成而产生的。存在于宇宙中的粒子,它们的生成与共振有密不可分的关系,因此,粒子物理学家通常将这些粒子称为“共振体”。

由此看来,共振是宇宙间一切物质运动的一种普遍规律。由于人以及其他生物同样也是宇宙间的物质,共振自然就普遍存在于这些生命之中。

对于人类而言,不仅呼吸、心跳、血液循环等具有固有频率,当人的大脑正在进行思维活动的时候,产生的脑电波同样也会发生共振现象。不仅如此,类似的共振现象同样普遍地存在于其他动物的身上。例如蝈蝈的鸣叫、鸟类的鸣叫,利用共振使它们的声音更加圆润婉转,旋律优美。

更重要的是,对于地球而言,共振能够起到一定的保护作用。大家都知道,大量的紫外线是一种射线,具有一定的危害性。一旦它们大举入侵地球,人类以及各种生物势必会遭到非常大的危害,这是由于紫外线过多便会对生物的机能造成破坏的结果。然而这一问题我们大可不必担心,大气层中的臭氧层借助共振的威力,阻止了紫外线的长驱直入。在这种情况下,当紫外线经过大气层的时候,臭氧层的振动频率刚刚与紫外线发生共振,大部分的紫外线也就被吸收了。用一个形象的比喻来说,也就是共振能使大气中的臭氧层变得如防晒油一样,大大减少了紫外线的伤害。

另外,共振还可以维持地球的温度,使它冷热适宜,适于地球生命的生存。尽管在臭氧层的围追堵截之下,仍然有一小部分紫外线能够成功突破防线,到达地球表面。到达地球表面的紫外线,经过地球吸收之后,也就变成了红外线,再一次回到大气层中。这时的红外线,热量刚好能够与二氧化碳产生共振,便被留在大气层中,维持大气层的温度,为万物营造一个适宜的生长环境。

植物的光合作用,实际上是叶绿素与某些可见光之间产生的共振。在这种情况下,植物才能吸收阳光,产生氧气与养分。由此可见,如果没有共振,植物不能生长,人类以及许多动物赖以生存的食物来源也就失去了。换言之,如果没有共振的存在,那么地球上的生命也就不能长期存在。

除此之外,共振还是一个多才多艺的绘画师,它能够使这个世界变得五彩缤纷。由于钠原子的振动产生黄色光,所以我们所看到的钠光是黄的;氖原子的振动传到人们的眼里,也就变成红色了;而那些水银原子振动,则发出蓝色的光。生活中,我们所见到的花卉、水果等所呈现出的各种各样的颜色也是由共振引起的。就拿我们常见的红苹果来说,由于太阳光中所谓的蓝光和绿光的振动频率被它吸收了,所以我们看到的它就是红色的。彩虹看上去很虚幻,但因为共振的原因,才呈现出赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的美丽颜色。

由此可见,虽然共振在无形之中会对人类造成一定的伤害,但是它也同样带来了许多益处。