夜半鐘聲怎麼到客船

>>>> 夜半鐘聲怎麼到客船

夜晚的鐘聲可以傳到很遠處，這不僅是夜深人靜噪音少的原因，鐘聲的傳播還另有奧秘。

「姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船」;「秋水臨水月，夜半隔山鍾」;「更深何處人吹笛，疑是孤吟寒水中」……這些優美的古詩句都描寫了深夜從遠處傳來的聲音，讓人不免心生疑問：這些詩人為什麼都寫半夜鐘聲或樂聲，卻幾乎沒有人寫正午的妙音呢?是他們都比較酸腐，覺得半夜的妙音更能體現優美和浪漫嗎?

如果細細分析，你會發現這些詩句雖然是文學作品，卻也是實事求是的科學描述，其中體現了一個很有趣的科學現象。

>>>> 千里傳音的奧秘

留心一下你會發現，在涼爽的夜晚聲音傳得尤其地遠。夜深人靜沒有噪音是一個原因，但卻並非主要原因。

光是一種波，聲音也是一種波，光會反射和折射，聲音同樣會反射和折射。當聲音發出後，如果在空氣中向四面八方的傳播速度相同，那麼聲音就會像膨脹的球一樣向外傳播，但是，不同位置空氣的溫度和密度是不同的，而且地面等固體還會反射聲波。因此，地面附近的聲音不可能像膨脹的球一樣四處擴散。

秋冬季節，夜間的地面和水面較冷，貼近地面的空氣溫度也很低，在一定範圍內，越高處的空氣溫度則越高。而聲音的傳播與空氣的溫度有關，空氣溫度越高，傳播聲音的速度越快，反之，則越慢。聲音在從氣溫較低、傳播速度較慢的氣層進入氣溫較高、傳播速度較快的氣層時，不但會發生折射、反射，還會像光一樣發生全反射。大氣層中，溫度不同的氣層有很多，那麼，空氣向高處的傳播就不斷遇到阻礙(被反射和全反射)，於是，就像光很容易局限在玻璃光纖中傳播一樣，聲音也很容易局限在冷空氣層中傳播，很少會透出去到達高空。這樣一來，聲音的能量損失就很少，可以貼著地面或江面傳播到很遠的地方，聲音的強度卻沒有多少衰減。

於是，那悠揚的夜半鐘聲可以從山上傳到客船，可以從此岸傳到彼岸，甚至可以隔著一座山傳過來，依然清晰。其實在寒冷的天氣里，如果湖面或江面結了冰，即使在比較喧鬧的白天，人們也可以清晰聽到平時聽不到的彼岸的聲音。

>>>> 晌午鐘聲到雲叢

在白天，地面接受太陽輻射強，地表溫度升高，而且越靠近地面，空氣溫度越高，那麼貼地傳播的聲音速度會大於高空的。當地面附近發出聲音時，向地面傳播的聲波會被地面向上反射，而向上傳播的聲波大部分會通過折射進入高空，就像光照射到水面上，被反射回來的很少，基本都通過折射進入水中了。

由於大部分聲波折射向高空，人在高空就會格外清晰地聽到來自地面的聲音，如果唐朝詩人曾坐在熱氣球里旅行，或許會給我們留下「晌午鐘聲到雲叢」的詩句。也正是由於大部分聲波折射向高空，所以白天的聲音一般很難傳播到遙遠的地方，江面上的詩人也就很難聽到中午的鐘聲，不會有感而發了。

奇妙的是，由於聲音的折射和反射，白天在適當的地方，還會出現靜區(圖1(a))。

比如在第一次世界大戰時，人們就發現了奇怪的現象：一門大炮在不斷發炮，當有人驅車從數百千米外的遠方駛向大炮時，起初還能聽到炮聲隆隆，但距離大炮近一些的時候，有一段路程內卻聽不到炮聲;再靠近一些，就又聽到了炮聲。究其原因，很遠處聽到的炮聲是高空大氣反射到地面的炮聲，近一些的地方既沒有高空大氣反射的聲波，又沒有大炮直接傳來的聲波，所以就形成了靜區。再靠近時，大炮的聲波直接傳來，人又可以聽到了。

>>>> 橫跨萬里大洋的聲音通道

聲音在水中的傳播也很奇妙。在第二次世界大戰期間，美國和前蘇聯的科學家分別發現，在大洋深處，聲音可以傳播到很遠的地方，甚至上萬千米之外。

科學家曾做過一個實驗，他們在大洋洲南部海域投下深水炸彈，爆炸產生的聲波繞過了非洲好望角，又折向赤道地區，並橫穿大西洋，歷時3個多小時，最後竟然被北美洲百慕大群島的測聽站收到了，這顆炸彈爆炸的聲波一共「走」了19200千米!

>>>> 為什麼聲音在水中傳播這麼遠?

原來，聲音在海水中的傳播基本上受溫度和海水壓力兩種因素影響：水溫越低，聲速越慢;而海水壓力愈大，聲速愈快。大洋中的水溫一般隨深度增加而降低，但到一定深度後，水溫基本恆定在4℃，海水壓力卻隨深度的增加而不斷增大。

這兩個因素綜合起來，對聲速的影響就是：從海面向下，聲速先是隨深度增加、水溫降低而變慢;當到達一定深度後，水溫基本不變，聲速又會隨海水壓力增大而變快。這樣，海洋深處就存在一個聲速最低的夾層區域，這個夾層區域對聲音的傳播與上述「夜半鐘聲到客船」的道理相同，聲波基本被限制在這個夾層中來回反射，能量損失很少，可以傳播到很遠的地方，這樣的深海夾層區域被稱為「深海聲道」。人們現在已經利用聲道的這種特性，來傳送失事飛機或船隻的呼救信號，監測水下地震、火山的爆發等。

聲音在固體中的傳播要複雜一些，但也無非就是折射和反射。通過分析聲波的折射和反射情況，人們可以確定火山、地震爆發的地點和能量大小，也可以利用爆炸後聲波在岩層中的傳播情況，來探尋礦藏。

「夜半鐘聲到客船」，這句流傳了一千多年前的詩句，一語道出了聲音喜歡向較涼爽的地方跑的科學事實，真實體現了文學的美感和科學的美妙。

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