沙子发声的启示

【英国《新科学家》周刊３月８日一期报道】题：沙丘唱出二氧化硅之歌
在自然发出浑厚的上低音和尖厉的高音的启发下，加拿大科学家发现了一种新型共鸣材料。
一个多世纪以来，科学家们虽然知道沙子能够偶尔发出音响，但是直到最近还不知道个中确切原因。安大略萨德伯里的ＬＡＵＲＥＮＴＩＡＮ大学的道格拉斯·戈德萨克说：“人们知道这种沙子必须要有一定的湿度和无尘土，但是没有人知道为什么这种沙土有时也会发出高低不一的声音。”
应马塞尔·利奇和辛迪·基尔肯尼之邀，戈德萨克着手解决这个问题。利奇和基尔肯尼是两位物理学家，他们研究过萨德伯里附近矿井中由碎石设备发出的音响。该研究小组的研究成果发表在最近出版的《自然》杂志上。
他们找到了辨别沙子具有发声能力的一种简单办法。在实验室中摇动时，普通沙子会发出一种变音的噪音，是由多种不同频率的声音组成的混合音。但是那些会唱歌的沙子则会嗡嗡作响，产生相干声波，听上去像是钢琴发出的纯色音阶。
他们发现，所有会唱歌的沙子表面都是晶莹闪亮的，红外光谱仪分析表明，这种沙子的表面有水。研究人员认为这种闪闪发光的材料是硅胶，细沙在已经吸收了水的沙晶表面重新排列。如果这种表面就是沙丘唱歌的原因的话，那么这就会解释为什么这种材料需要水，而且不得有尘土。
但是这层物质还不足以证明硅胶就是沙丘会唱歌的原因。为了直接进行试验，戈德萨克试着摇动一种纯硅胶。这些硅胶是利用工业方法生产的，用作干燥剂。戈德萨克在耳边摇晃一瓶硅胶时意识到他找到了正确答案。
红外光谱仪分析结果表明，这种商业用硅胶的结构与会唱歌沙子的表面结构完全吻合。研究人员相信，在沙漠或沙滩，这种粘性外层使沙粒粘在一起。这就会使一整座沙丘有如一个巨大音叉。声音频率取决于沙粒的尺寸。该研究小组仍在锲而不舍地寻找其他与此有关的因素。
他们说，这种材料可能会有实用价值。如果能发现与岩石频率形成共振的材料，那么这种材料就可用作声音“钻”，在采矿作业中使岩石因震动而分裂。