书城科普数理化之谜
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第40章 令人惊叹的自然现象(1)

1.次声之谜

1948年2月的一天,一艘荷兰货船正航行在马六甲海峡的海面上。傍晚前后,突然有一股强风暴袭来,吹得货船不住地在海面上颠簸摇荡。风暴过后,货船的甲板上再也没见到一个活动的人影,只是从机舱中不断传来有节奏的轰鸣。船径直地朝一个方向驶去,一直顶到A国的海岸上,再也不能前进了,然而发动机还在不停地鸣响着……

A国的边防人员见此情景,都感到困惑不解。有人猜想:莫非所有人员都睡着了,还是……他们很谨慎地登船一看,果然所有船员都卧倒了,横七竖八地躺在不同的地方。有人大声呼喊,这些人都毫无反应。又有人把手伸到船员的口鼻部,发现气息全无,触摸胸部,不见心跳。呵,全都死了!

边防人员立即将此事向有关当局报告,并请来法医查找死因。医生们对所有死者进行了仔细检查,没有发现任何外伤和任何中毒症状。医生们认为:船员们的死亡同心脏病突发者的死亡状况十分相似。但转而一想,这可能吗?回答显然是否定的。因为这些船员绝对不可能因心脏病同时发作而死亡。那究竟是什么原因造成这一惨案呢?这个问题在很长时期内都没有找到答案。于是这一震惊全球的海上惨案,又为这个世界增加了一个不解之谜。

真是“一波未平,一波又起”。后来有一天,有人到匈牙利的包拉得里山洞去旅游,刚踏进洞口里面那十分狭长的通道,就发现地上躺着三具来历不明的尸体。吓得旅游者们失声叫了起来,赶紧回去报告。经查证,发现死者是三个旅行家。可是医生没有从死者身上找到任何谋杀或自杀的迹象,在很长时期里也没有找出死因。

随着近代科学技术的发展,这两个“不解之谜”终于被科学家们解开了,原来都是那个看不见、摸不着的“凶手”——次声作的案。马六甲海峡惨案是由于海洋上的风暴产生的高强度次声所致;山洞中的三名旅行家是由于气压剧变时产生次声而致死。

次声是一种低频率的声音,人们的语言频率一般在300~5000赫兹之间。声频超过二万赫兹的叫超声,低于20赫兹的叫次声。超声和次声人们都听不到。次声的穿透力很强,在空气中能以1200多千米的时速传播。次声能使人烦燥不安,精神沮丧,甚至错乱癫狂。次声还能使人头晕目眩、呕吐恶心、全身痉挛或四肢麻木。低于7赫兹的高强度次声对人体有致命危害。例如:法国的一个次声研究所,有一次在进行次声试验时,因技术上的差错,让次声泄漏出去,致使十里地之外的30名无辜居民,顷刻间全部死亡。

为什么高强度、低频率的次声能使人致死呢?归根结底还应该说是“共振”。人体肌肉、内脏器官都有其固有的振动频率,当这种较低的固有频率与次声波的频率相同时,就会发生共振,产生较大的振幅和能量,从而造成人体结构的巨大破坏而死亡。

自然界的次声波来源于多方面,如太阳磁暴、流星撞击、风暴、大海咆哮、火山喷发、雷鸣闪电等。各种人造机构也能成为次声源,如原子弹爆破、运载火箭的发射、鼓风机、真空泵、柴油机等。

因此,人们在防止噪音对环境污染的同时,还必须注意防止这种听不到的次声对人体的危害。

2.海市蜃楼

山东省北部的蓬莱县,自古有着“蓬莱仙境”的美名。古书上把蓬莱称为海上神山,民间传说中的“八仙过海”,就在此地。秦始皇为寻求海上神仙和长生不老的药,也曾到过这里……。当然这些都是神话传说,但与蓬莱的风景确实迷人,又多海市蜃楼的奇妙景象是有着直接关系的。

蓬莱县城北有座丹崖山,山崖壁陡,三面临海,山顶上雄踞着著名的蓬莱阁,登上阁楼可俯视无垠的大海,是观赏海市蜃楼奇景的理想地方。

所谓海市蜃楼,就是在春夏之交或夏末秋初时,每当雨后初晴,或风和日丽晴朗少云天气里,会在远处海面的半空中,突然呈现亭台楼阁,山峦起伏,树木丛丛,行人车辆等奇妙的幻影,宛如身临仙境。过一段时间幻影突然又消失得无影无踪。

其实海市蜃楼是一种幻景,是一种大气光学现象引起的。在春夏季节,白天海水温度比较低,下层空气受水温影响,较上层空气为冷、密度大,而上层空气密度小。当阳光穿过这种空气层时,就要发生折射和反射,下层密度大的空气就像一面镜子一样,把地面景物反射在半空中。就会出现奇妙虚幻的景致。例如,蓬莱县北部海面上的庙岛群岛,在夏季白昼海水温度低,空气出现下密上稀的差异,所以在蓬莱县常可看到庙岛群岛的幻影。宋朝时候的沈括曾有记载:“登州(即现在的蓬莱)海中时有云气,如宫室台观,城堞人物,车马冠盖,历历可睹。”因为当时人们无法解释这种现象,就把蓬莱和“仙境”联系起来了。

海市蜃楼不但在海面上能见到,在江面上或沙漠中也能看到。不过沙漠中的幻景不在半空而在地面上。这是因为白天沙漠贴近地面的空气温度高于上层,所以上层密度大而下层密度小,密度大的反射镜在上层,就把蓝天、树木、房屋反射在沙滩上而且形成倒影,所以蓝天像湖水,使不少沙漠旅行者上当受骗。

无论哪一种海市蜃楼,只能在无风或风力微弱的天气条件下出现。当大风一起,幻景顿时消失。这是因为这种空气层极不稳定,大风一刮,上下层空气搅动混合,上下层空气密度没有什么差异了,光线就不会出现折射和反射的现象了。

“仙境”的秘密被揭穿了,但人们并没有失望,观赏海市蜃楼仍是人们极向往的乐趣。而人们更向往的是蓬莱的人间“仙境”,因为蓬莱的风景本身就非常美丽。蓬莱依山傍水,山青水秀。有“仙阁凌空’”,“海市蜃楼”,“万里澄波”,“狮洞烟云”,“日出扶桑”,“晚潮新月”等十大胜景。

3.奇烟怪雾

古典神话小说《西游记》的主人公——唐僧师徒四人,在往西天取经的途中,不知遇到过多少妖魔鬼怪。这些妖魔鬼怪常常是忽而出现、忽而隐没在奇烟怪雾之中。当唐僧师徒误入魔洞时,更是随着恐怖的隆隆巨响,妖烟四起……

那么,在自然界里,万山丛中是否有这种令人生畏的奇烟怪雾呢?看来,这并非《西游记》作者吴承恩的凭空想象和任意虚构,这种神秘莫测的自然现象虽然罕见,但还是有的。

美国阿拉斯加州是个多火山地区。奥古斯丁火山、卡特迈火山是该区的活火山,以常常喷发而著称于世。卡特迈火山1912年大爆发以后,科学家曾前往考察。他们在这座活火山西北约10千米处,发现一条宽8千米、长约16千米、面积约100多平方千米的地带,被火山灰所覆盖,满布着成千上万个喷气孔,有一排竟长达1000米以上。伴随着令人恐怖的隆隆巨响,喷气孔不断向上空喷出混杂着火山灰的炽热气体。气体在高压气流的带动下,以飓风般的速度,咆哮着向山谷下方推进,以雷霆万钧之力,把沿途的树木全部推倒。有如妖魔出动,令人胆战心惊,望而却步。在山谷上部,烟柱更为密集,致使谷地完全为浓烟所笼罩,所以地质学家称之为“万烟之谷”。

当然,奇烟怪雾并不都是由火山活动造成的。我国湖南省南丹矿务局钢城锡矿采矿区,就有一股滚滚奇烟,从地下升腾而起,烟柱高达100米以上,几乎与云脚相接,覆盖了近3平方千米的地区。这股奇烟究竟缘何而起?有关地质人员进行过考察,证明这是由于矿层自燃引起的。浓烟由三个直径10米、深约20米的“魔洞”吐出,烟色白里夹黄。

这个矿层自燃已延续了9年,冒烟处最高温度可达196℃,是目前我国矿山自燃温度最高的火区。人们曾采取封闭、灌水等措施,试图扑灭这场地下大火,但收效甚微,始终未能控制住火势。

最常见的山中奇烟,是由山中的煤层自燃引起的。唐僧师徒四人,沿新疆古道西行,途经吐鲁番火焰山一带,这里山中因煤层自燃而产生的缕缕奇烟随时可见。煤层自燃常常数十年以至上百年不熄,致使某些地区终年烟云缭绕,真是名副其实的“地狱之火”。吴承恩写《西游记》时,可能从这种神秘莫测的自燃现象中得到灵感,把它同妖魔鬼怪联系在一起,以增加魔怪出现时的神秘感,从而为那些世人传诵的不朽篇章平添了几分光彩。

4.彩虹之谜

在夏秋季节里,一阵大雨过后,天空中常常出现一条瑰丽多彩的长虹,它像一座灿烂的半拱形彩桥,飞架在天边的地平线上了,形成天空中的瑰丽幻景,引人入胜。

在古代,由于人们还不懂得虹的形成原因,便出现了许多神话传说。有人说,“虹是天上的神仙架在天河上的渡桥”。有人说,“虹是老天爷的神棒、马鞭。”阿拉伯人说,“虹是光明神古沙赫休息时放在云端上的弓。”还有人说,“虹是欢乐女神的笑容”、“是月宫里的嫦娥挥舞的长袖”等等。

1624年,意大利学者多明尼斯主教,用自然科学的原理解释了虹的形成原因。但由于当时社会的落后和愚昧,竟把多明尼斯主教赶出了教会,判处了死刑,并把他的著作和尸体一起焚烧掉。后来法国科学家笛卡儿在水池旁边,看到了水池上面含有大量水滴的空中人造虹,他便用装有水的玻璃球进行了实验,并在1637年发表了关于虹的形成原因的文章,他在文章中说:“虹是由于太阳光射入空中的水滴内发生反射和折射的结果。”但他还不清楚虹的颜色是怎样形成的。直到17世纪60年代,牛顿发现太阳光通过三棱镜的色散现象后,虹的秘密才被揭开了。