螺殼放耳朵上，你聽到的真的是大海的聲音嗎？

我小時候第一次到海邊，第一次比拳頭還大的螺殼，就做了每個人都做過的事情：把螺殼拿到耳邊聽一聽。我聽到了一些聲音，彷彿來自很遠的地方，而有些人似乎把它叫做大海的聲音。當然，要聽這種聲音，不一定要螺殼，拿個空的水杯也行，甚至就用手罩住耳朵也可以。但是似乎在海邊聽到的，更加清晰，更像大海。

這種聲音是怎麼出現的呢？似乎沒有東西發出任何聲音，那我們聽到的是什麼？

圖片來自pixabay

我們可以做幾個小實驗觀察一下。

首先，我們注意到，無論是螺殼還是水杯，都沒有辦法完全罩住耳朵，耳朵和容器之間總有縫隙，其中的空間總與外界相連。如果想辦法將這些縫隙堵死，你會發現聲音好像消失了，或者至少是變小了很多。這就說明，這個聲音跟外界有關係，很有可能就是來自外界。

然後，為了驗證這一點，我們可以做一個小小的對比試驗：在房間里開一下風扇或者空調，調到噪音比較大的模式，然後聽一下水杯；再把風扇或者空調關掉，再聽一下水杯；最後躲進被窩再聽一下。你會發現，似乎外部噪音比較大的時候，水杯中聽到的聲音也比較大；如果沒什麼噪音的話，聽到的聲音也比較小。因為其他條件都是一樣的，所以這說明，水杯中的聲音應該來自外部的噪音，但跟水杯和耳朵縫隙之間的空氣流動沒什麼關係。

最後，我們聽聲音的時候，會發現聽到的聲音似乎跟容器的形狀有關。可以用不同的水杯或者容器來對比，而更方便的方法就是用手虛握拳罩在耳邊，然後用另一隻手將虛握的拳頭另一端的開口覆蓋又打開，你會發現聲音，尤其是音調明顯發生了變化。

如果要考慮音調的變化的話，我們已知最熟悉的例子就是各種吹奏樂器。吹奏樂器之所以能發出聲音，是因為其中的空氣形成了共振腔，會將簧片或者吹嘴的聲音修飾為能引起內部空氣和樂器本身共振的聲音。如果參照這個原理的話，水杯的聲音也就很好解釋了：水杯和耳朵之間形成了一個共振腔，其中的空氣通過共振可以集中某些頻率的聲音，而外部的噪音就是「吹奏」這個共振腔的「演奏者」。

這就可以解釋之前我們觀察到的現象了：如果將縫隙堵上，外部噪音的空氣振動無法傳到內部，當然也不會聽到聲音；如果外部就沒有什麼噪音的話，沒有人「吹奏」，自然也沒有聲音；我們能聽到的聲音，取決於能使共振腔中的空氣產生共振的頻率，所以改變共振腔的形狀，聲音也會隨之改變。

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可以說，「大海的聲音」，實際上就是外部窸窸窣窣的細微聲音的振動，通過縫隙傳到耳朵和螺殼之間的共振腔中，被空氣的共振所集中，然後被我們聽到而已。之所以我們會留意這種聲音，是因為共振腔只會集中某些頻率的聲音，所以我們聽到的聲音有特定的音高和音色，就像樂器一樣，而跟外面雜亂的噪音不一樣。而之所以在海邊聽到的「大海的聲音」更加清晰令人印象深刻，是因為海邊不停有高低起伏的海浪聲，也給我們聽到的「大海的聲音」賦予了一種特別的節奏。

也許令人意想不到的是，類似的想法也可以用來形象地解釋量子力學中的一種神秘現象：卡西米爾效應。人們發現，如果在真空中將兩塊不帶電的金屬板平行放置，當它們貼得很近的時候，兩者之間會產生一種神秘的力量，嘗試將它們拖到一起。跟「大海的聲音」一樣，人們一開始不知道這個力的來源，因為似乎沒有任何施力物體。但後來人們發現，通過量子力學可以解釋這個現象。

在量子場論的眼光中，真空並不空，而是充滿了無法探測的電磁振動。這些振動有著不同的「聲調」，而能夠傳到兩塊金屬板之間的，就只有一部分「聲調」的電磁振動。這種選擇性就是卡西米爾效應的來源。當然，這裡的解釋非常粗淺，只是一種直覺上的解釋，要完全正確的解釋卡西米爾效應，還是要去認真學習相應的物理理論和公式。

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