声光

科学概念

声光现象是描述液体中的气泡受到声音的激发时，气泡会向内坍缩并发出亮光的现象。

读音

shēngguāng

现象和本质

历史

科隆大学的H. Frenzel 和 H. Schultes于1934年在研究声纳时首次观察到声光现象。在其实验过程中两人欲加快相片显影的过程，将一座超音波转换器置入注满显影剂的水槽中。事后却在显影后的底片上观察到一些微小的亮点，同时每当超音波开启时，液体中的气泡便会释放出光来。早年的实验中由于水下环境过于复杂，对于这些大量寿命极短暂的气泡难以做进一步的原理分析。此现象在现代通常也被称为多气泡声光现象。

而Felipe Gaitan 和 Lawrence Crum在50多年后的1989年改进了实验装置与技术，发现了单气泡声光现象。在单气泡声光现象中，一颗被限制在驻波中的气泡会随着自身周期性的被压缩而不断放出光来。由于这项实验技术将原本复杂的多气泡模型简化为单一稳定气泡的效应，故有助于更系统性地分析声光效应的原理。研究人员同时也发现气泡内部的温度竟然高到可以溶解铁的程度。根据估计与假设，气泡内的温度可以高达摄氏100万度，这也重新唤起了人们对声光现象的好奇与兴趣。虽然如此高的温度尚未被确实证明，但近年来由伊利诺大学香槟分校主导的实验显示，气泡内的温度大约在20000K左右。

特性

当一道足够强度的声波射入液体内的一小块空腔时，会导致空腔急速的压缩，这个空腔可能是普通的气泡，或是因气穴现象引发的微小的低压气泡。由于声光现象可以在实验室中稳定地被呈现，产生出来的单一颗气泡会在被压缩和向外扩展的周期中，不断放出光来。为了达到这个结果，首先在液体中制造出一驻波，且气泡必须要置于驻波的腹点处，使其能受到最大的波幅震荡。其共振的频率取决于容纳气泡容器的形状与大小。

一些在声光现象实验中观察到的事实

气泡释放出来的光芒持续时间相当短暂──大约在35至几百皮秒之间，光强大约在1~10 mW左右。

当气泡放光时尺寸是非常小的。其直径大约只有1μm，而其能放出光的气泡大小取决于周围液体的种类（例如水）以及气泡中气体的种类（例如一般空气）。

在单气泡声光现象中放出的光，其周期和位置都是相当稳定的。更有趣的是，虽然经过分析这些气泡会受到例如柏克尼斯力或经历瑞利-泰勒不稳定性等作用，导致气泡会经历显著的几何结构不稳定过程，但事实上我们观察到这些气泡放出光的频率，却能比当初产生声波的仪器的震荡频率还要稳定！

如果在气泡中加入惰性气体，例如氦、氩或氙等气体，能进一步加强放出光的强度。

声光现象中放出光的波长是相当短的，其谱线可以到达接近紫外光的程度。由于短波长的光拥有较高的能量，经过计算，若欲产生如此高能量的光，气泡中环境的温度大约要落在20000~1000000K之间。但这种估计忽略了一项事实，即是水会吸收几乎所有波长低于200nm的电磁波，这项事实也加深了正确估计气泡内确切温度的困难，因为这些估计都是建立在气泡被压缩过程中的发射光谱上，或是利用Rayleigh-Plesset方程所得到的。甚至有人估计气泡内的温度可以达到109 K，即有十亿度之高，但这些看来有些夸大的估计皆建立于现阶段尚未证实的模型以及太多无法确定的假设上。

另外有两位化学家David J. Flannigan和Kenneth S. Suslick于2005年在《自然》上发表了一篇论文。他们实验的对象是硫酸里的氩气泡，打入声波后在容器内发现O2+离子、一氧化硫、以及位于激发态的氩原子。这代表气泡中心有着一个热电浆核。他们指出O2+离子的激发能量和游离能是18eV左右，不可能是因为单纯加热而达到的。两位化学家认为这应该是从气泡中心的不透明电浆释放出来的高能电子撞击得来的。

关于气泡核融合的争议

最让人感兴趣的是，既然气泡内部可能处于如此高温下，我们甚至有可能利用声光现象作为达到核融合临界温度的方法。如果气泡内的温度和压力都够高的话，在太阳和其他大型星体中发生的核融合效应可以在如此微小的气泡中发生。这种可能通常也被称为气泡核融合。

2002年3月8日，在美国橡树岭国家实验室工作的一名科学家Rusi P. Taleyarkhan利用强的超音波震荡轰击全部由氘组成的丙酮，并在容器旁放上中子源以产生更大的气泡，Taleyarkhan宣称他观察到容器中氚含量的上升，代表引发了核融合效应。他在2003年前往普渡大学任教，并继续发表有关实验过程的论文。不幸的是，在Taleyarkhan之后没有其他研究团体能成功地复制他的实验结果。在2006年6月，伊利诺大学香槟分校的Dr. Kenneth S. Suslick在一封写给普渡大学的电子信件中表示，他质疑Taleyarkhan宣称的研究成果已经构成一项科学不端行为。Suslick并声明在这之后他没有收到任何普渡大学的回信。

但在2006年11月，据说Taleyarkhan的实验被来自美国拉特诺大学的Edward R. Forringer再次验证了──不过是在Taleyarkhan自己的普渡大学实验室里。但这时普渡大学却选择不继续深入调查，纵使有许多普渡大学的其他教授也提出对这项发现的质疑。美国《高等教育纪事报》也注意到了一些问题：“在这段时间中，Taleyarkhan先生宣称有两组以上的科学家来到他的实验室，并成功的验证了气泡核融合效应，Taleyarkhan先生并强调这两组研究人员都是专家，而且绝对独立于他本身的立场。但在对两组研究人员的访问中，他们都驳斥了Taleyarkhan先生的这项说法。例如拉特诺大学的物理教授Edward R. Forringer便声明他自己事实上并不是一位专家，尽管如此，他还是相信他的实验结果的确能够支持气泡核融合的理论。

更精彩的还在后头，在隔年的2007年，美国国会的专案小组计划使用联邦基金来重现Taleyarkhan的实验结果，在他们的坚持下，普渡大学只好在2007年5月10日宣布他们将至少增加一组与普渡大学无关的研究人员来研究Taleyarkhan的实验。对于Taleyarkhan当初宣称他的实验已经“独立地被他人验证”，专案小组采取“高度怀疑”的态度，并且批评普渡大学使用三位之前已经调查过Taleyarkhan的人员再来做再审的动作。Taleyarkhan本人对于专案小组的这项报告表示是“偏颇且过度被夸大”的，但最终还是答应与专案小组合作。2007年9月10日，普渡大学内部的调查委员会决定“某些情事值得做进一步的探讨”，因此所有研究将从头开始验证起，如今物理学界普遍质疑Taleyarkhan的研究成果。

2006年1月27日，美国伦斯勒理工学院的研究员也宣称他们在没有其他外加中子源的情形下，利用声光现象制造出核融合反应，并发表论文于著名的《物理评论快报》上。这个实验尚未被任何科学机构的实验小组重现。

理论

流体力学方程式

气泡的运动方程式可以由Rayleigh-Plesset方程式近似求得

其中 R是气泡的半径，η是黏滞系数，γ是表面张力，Pg是气泡内气体的压力，Pa是声音的压力，P0是环境的压力。

虽然这是简化后的方程式，但仍然可以很好的描述被声音震动的气泡的行为。

对现象的解释

造成声光效应的实际机制仍然没有被解决。用来解释的理论有：热点、制动辐射、碰撞发光、环形放电、非古典光学、穿隧效应、电动力学发光、摩擦发光等等。

M. Brenner、S. Hilgenfeldt，和D. Lohse在2002年出版了一本60页的报告，其中对于声光现象的机制做了详尽的讨论。根据他们所发表的理论，最重要的关键在于气泡中含有少量的惰性气体例如氩或氙（地球大气有含有大约1%的氩气，但其溶解在水中的量对于产生声光现象来说却是过多了，理想的状态是减少成原来的20~40%）以及含量不固定的水蒸气。经过连锁的化学反应后会导致气泡中的氮气和氧气在大约100个气泡膨胀-压缩周期后被移除，此时气泡便会开始发光。当气泡收缩的时候，周围的水会向气泡中心挤压，因为惯性的关系而在短时间内对气泡产生一个相当大的压力，由此造成的绝热压缩会把气泡内部加热到大概 10000 K。在如此高温的状况下，不影响透明度的一小部分惰性气体会被游离，被游离出来的电子与气体原子互相影响产生制动辐射。当压力与温度下降后，游离的电子重新与原子结合，停止发光。这个机制导致一个长约 160 皮秒、有规律的短暂发光。

根据上述这个理论计算出来所放出光的强度和持续时间，大致上能和实验结果符合，其误差也不会比做一些简化假设（例如假设气泡各部份的温度保持相同）来得大很多。因此虽然还有一些细节尚待探讨，声光现象的原理大体上来已经被解决了。

天外飞来的想法

有个较受到大家注目、同时相对来说也比较不寻常解释声光现象的理论是由英国萨塞克斯大学的Claudia Eberlein在1996年所提出的喀希米尔效应理论。Eberlein认为声光现象中观察到的光是由气泡周围的真空，透过类似霍金辐射的机制所产生的。根据量子力学，在真空中会自然的产生许多的粒子和反粒子对，并且在很短的时间内湮灭，而由于气泡外液体和气体的介面快速移动的关系，会将这些虚粒子转变成实质的粒子。这种现象和喀希米尔效应或盎鲁效应有一定的关系。如果此理论为真，那么声光现象将是第一个量子真空零点辐射的直接观察证据。然而，却有人质疑上述量子效应并不会发生在声光现象这种相对来说较长的时间尺度上，因为声光现象看来比较遵守古典的气穴效应压缩。因此虽然想法十分有趣，喀希米尔模型只能被当作许多候补理论的其中之一。

卡搭虾的声光现象

字面含义

声音和灯光，行业名词，音响灯光行业的简略称呼。

行业及网络

中国声光行业网是声光行业原料到半成品、成品，从经验到技术整合协作网站,服务栏目包括:声光数据服务、声光咨询服务、声光行业信息服务、声光专题服务、供求服务、产品目录、声光人才等中国声光行业网于2005年11月成立，致力于声光行业网行业的信息化建设，利用互联网技术将声光行业网行业的各种信息和服务整合成一个完善的服务平台，供商家、买家、研究单位、院校及有关人员共享。

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衍生含义

[reputation; glory] 声誉和荣耀

他在那一带有点声光

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