光的本质是什么的难题自17世纪起就一直困扰着物理学家。它是波还是粒子流?两种答案完全无法统一。
直到20世纪20年代,这道难题才最终被巧妙化解。量子力学揭示了光的双重身份,光子既是波也是粒子。关于光的争议就此终结。
波粒二象性示意图说明,从不同角度观察同样一件物体,可以看到两种迥然不同的图样。
然而,同一道难题再次不期而至。这一回,它不再与光明黑暗相关,它来自广袤无垠、干燥多风的沙丘。或者说,来自沙丘的“歌声”。
这种奇特的声响如小提琴琴声一般铿锵有力,但沙丘既没有琴弦也没有共鸣箱⋯⋯只有一望无际的沙子。经过一个世纪的沙漠探险和实验室研究,现有两种理论宣称能够解释这些“乐曲”的来源,而且都认为它们与沙丘的基本属性有关。
第一种理论由法国巴黎高等物理化工学院物理学家布鲁诺·安德烈奥蒂(Bruno Andreotti)提出,认为这声响来自波动;
第二种理论的最新表述则来自几个月前荷兰莱顿大学物理学家西蒙·达瓜-博伊(Simon Dagois-Bohy)的论文,认为声响是沙粒相互撞击所致。
同一种现象,两种对立的模型,当年那个著名难题转世重生!但这一回,物理学家再也无法找到一丝可能调和他们方程式的线索⋯⋯
频率明确且自发生成的声响
神秘的鸣沙现象曾引来无数描写。首先是丝绸之路上的旅行家,如马可·波罗就曾提及“鬼泣”,或是“多种乐器共鸣,尤其是鼓声和武器撞击声”在“空中回荡”。
然后是19世纪的物理学家,他们因这种强有力的乐音全凭自发生成而感到惊讶。“要听一下你才能明白它的神奇。这声音是如此强大,你甚至能够感到大地在脚下震颤!”西蒙·达瓜-博伊强调。
人们迅速注意到这声响来自流沙,它们的频率很明确,只是随沙丘而异。比如摩洛哥沙丘的鸣响频率为103赫兹,对应的音高是升G2;而在阿曼,鸣沙的频率为66赫兹,对应的音高是C2⋯⋯
这说明沙子的滑动能使整个沙丘进入同步移动状态。因为只有沙丘确定节奏的流动才能使空气的振动如此规则,而不是大量不同频率混杂在一起的噪音一片。