第十章 聲音·波動
聲波和無線電波
聲音的傳播速度大約隻有光的一百萬分之一。無線電波的速度和光波的傳播速度相同，所以聲音的傳播速度也隻有無線電訊號的一百萬分之一。因為這個緣故就產生了一種有趣的後果，這種後果的實質可以用下麵的問題來說明：是誰先聽到鋼琴的聲音：是那坐在音樂廳裏離鋼琴10米遠的聽眾，還是那離大廳100公裏用無線電收聽這音樂的聽眾？
說也奇怪，雖然無線電聽眾比音樂廳裏的聽眾離開鋼琴的距離要大10000倍，可是先聽到琴音的還是那無線電聽眾，因為無線電波傳過100公裏的距離所需要的時間是
而聲音傳過十米距離所需要的時間是
由此可見，無線電傳播聲音所需要的時間，大約隻有空氣傳播聲音所需要的時間的百分之一。
聲音和槍彈
儒勒·凡爾納的炮彈向月球飛去的時候，有一件事使炮彈裏的乘客感到莫名其妙，就是他們沒聽到這門大炮把他們從炮口裏射出時候的聲音。不過這是必然的。不論這炮聲有多麼大，炮聲傳播的速度（同一切聲音在空氣裏的傳播速度一樣）隻是每秒 340米。可是炮彈卻用每秒11,000米的速度前進。炮彈既然趕在聲音的前麵，放炮時候的聲音達不到旅客們的耳鼓，那是可以理解的。
現在我們不談那幻想的炮彈，而談真正的槍炮的子彈：是子彈運動得比聲音快呢，還是聲音比子彈更快，可以警告被射擊的人快些躲開？
現在的步槍發射時候傳給槍彈的速度，差不多是空氣裏的聲音速度的三倍，就是大約每秒900米（攝氏零度時候聲音的速度是每秒332米）。當然，聲音是均勻地傳播的，而子彈飛行的速度卻越來越慢。可是在大部分路線上子彈的速度仍然比聲音高。從這裏就可以直接得出結論，如果在放槍的時候，你聽到了槍聲或子彈的嘯聲，那你就不必驚惶了：子彈已經越過你飛向前麵去了。還有，槍彈是趕在槍聲前麵的，所以如果槍彈打中了人，這人應該在槍聲到達他的耳鼓以前，就已經打死了。
假爆裂
飛行物體和它所發出的聲音之間在速度上的競賽，有時候會使我們不由自主地做出錯誤的、跟實際現象完全不同的結論。
高高地在我們頭上掠過的流星或炮彈就是有趣的例子。從宇宙空間進入地球大氣的流星，有非常高的速度。雖然大氣的阻力已經把它的速度減慢了，但是它還是比聲音的速度高幾十倍。
流星劃破空氣的時候，往往要發出一種類似雷聲的噪音。設想我們是在C點（圖153），而在我們上麵有一顆流星在沿著AB線飛行。流星在A點發出的聲音，隻有在流星本身已經飛到B點的時候，才能來到我們的耳朵（在C點）。因為流星的飛行速度要比聲音的速度快得多，所以它能夠來得及達到某一個點D，並使在這個點上發出的聲音比它從A點發出的聲音更早到達我們的耳朵。因此我們先聽到的是從D點來的聲音，然後才聽到從A點來的聲音。又因為B點來的聲音也比D點來的聲音到達得更遲，所以在我們頭頂上某處應當有這樣一點K，從這一點上，流星發出的聲音應當最早到達我們的耳朵。愛好數學的人如果知道流星的速度跟聲音速度的比，就能夠計算出這個點的位置來。
於是我們就得到這樣的結果：我們所聽到的和我們所看到的完全不一樣。在我們的眼睛裏，流星首先出現在A點上，接著就從這一點沿著AB線飛行。可是對我們的耳朵說來，流星卻首先出現在我們頭頂上某一點K上，然後我們同時聽見兩個聲音，分向兩個相反的方向前進，越來越小下去。這兩個方向，一個是從K到A，一個是從 K到 B。換句話說，我們好象聽見這顆流星已經爆裂成了兩部分，分向兩個相反的方向飛去。而在實際上，並沒有發生爆裂這回事。請看我們的聽覺受到了怎樣的欺騙啊！所以許多人說他們親眼看到過流星爆裂，也許正是由於這種聽覺的錯覺。
一件幸運的事
假如聲音在空氣裏傳播的速度不是一秒鍾340米，而是比這慢得多，那末聽覺發生錯覺一定還要多。
舉例來說，設想聲音每秒鍾不是走340米，而是走340毫米，也就是說，比人的步行還要慢。現在你是坐在椅子上聽你的朋友說故事，而你的朋友卻有在講話的時候來回踱步的習慣。在普通的情況下，他這樣的踱步一點也不會妨礙你聽他的話的。可是在聲音的速度變慢了的時候，你就會一點也聽不清你的朋友在說什麼了。他先發的聲音會同後發的聲音同時到達你的耳朵，並且混淆在一起，結果你聽到的是一片雜聲，一點意思也聽不出來。
還有，在你的朋友向你快步走來的時候，他說話的聲音還會在相反的順序裏到達你的耳朵：他剛發的聲音會最先來到，早發的聲音會後一步來到，更早發的到得更遲。因為說話的人在趕著自己的聲音，並且始終在聲音的前麵，繼續發出新的聲音。這時候，在他所說的那些話裏，除非有許多都是象回文體那樣倒過來聽也是一樣的意思，那你就會一句都聽不懂了。
最慢的談話
足夠了的話，那你讀了這一段以後，就會改變自己的意見了。
設想在相距1000公裏的兩地之間沒有電話，隻好裝設從前那種在大商店裏連接各個房間的傳話筒，或者在輪船上為了同機器間通話而裝設的傳話筒。在通話的時候，你站在這個長線路的這一頭，而你的朋友站在那一頭。你問他一句話，等候對方回答。可是等了5分鍾，10分鍾，15分鍾，20分鍾，25分鍾回音還是沒有。你開始焦急起來了，也許會想到同你通話的對方可能出了什麼意外了吧。可是你這種擔憂是多餘的：你的問話還沒有到達那一頭，這時候它還在半路上呢。再要等二、三十分鍾，你的那位朋友才能聽到你的問話，並且給你答複。可是他的答複從那一頭到這一頭還得走那麼長時間。因此，你發問以後得過一個多小時，才能聽到答複。
讓我們驗算一下：兩地相距1000公裏；聲音每秒鍾走三分之一公裏；這就是說，聲音在這兩地之間得走3330多秒鍾，或者五十五分鍾多一些。在這種條件下，從早到晚整天通話，也隻能彼此交換十來句話罷了。
聲雲和空氣回聲
不但堅硬的障礙物可以反射聲音，就象雲一類柔軟的東西也能夠反射聲音。不但這樣，甚至連完全透明的空氣，在某些條件下，就是在這部分的空氣的傳聲的能力由於某種緣故變得同其餘的空氣不同的時候，也能夠反射聲音。這裏發生的現象同光學裏所謂"全反射"相象。無形的障壁把聲音反射了回來，使我們聽到一種不知從哪裏來的回聲。
這件有趣的事實是丁鐸爾偶然在海邊做聲音信號試驗的時候發現的。他說道："我曾經得到過從完全透明的空氣反射過來的回聲。這種回聲好象是用魔術從無形的聲雲裏送回來的。"
他所說的聲雲就是部分能夠截住聲音、強迫它反射回來、因而產生從"空氣來的回聲"的透明空氣。關於這一點他是這樣說的：
聲雲經常飄浮在空中。它們跟普通的雲霧沒有什麼關係。極透明的空氣裏也許也充滿著這種雲。這樣就會得到空氣回聲；所以和流行的見解相反，這種回聲就是在最明朗的大氣裏也可能發生。觀察和實驗證實了有這樣的空氣回聲存在著。冷熱不同或所含的水蒸氣數量不同的氣流，都可以產生空氣回聲。
能夠反射聲音的聲雲的存在，可以解釋某些在作戰當中有時候能夠看到的怪現象。丁鐸爾從一個親自看到1871年普法戰爭的人寫的回憶錄裏，引了下麵一段話：
六日早晨跟前一天早晨完全相反。昨天是刺骨的寒冷並且有霧，半裏路以外誰也看不見東西。可是六日的天氣晴朗而和暖。昨天空中充滿著聲音，而今天卻平靜得和那不知道有戰爭的桃花源裏一樣。我們驚異地你看著我，我看著你。難道巴黎和它的堡壘、大炮、轟擊都消失得無影無蹤了嗎？......我坐車來到了蒙莫蘭西，從這裏我可以看見巴黎北郊的寬廣的全景。可是這裏也是死一般地沉寂......我遇到三個士兵，我們於是開始推測目前的局勢。他們都在想這時候大概是在開始和談了，因為從清晨起，就一聲槍響也沒聽到過......
我又繼續前進到霍涅斯。可是這使我非常驚奇，因為我聽說德國人的大炮從早晨八點鍾起就在猛烈地轟擊。在南方，炮擊也是在差不多時間開始的。可是在蒙莫蘭西，我卻沒有聽到一點聲音！......這一切都和空氣有關係：今天它傳聲的能力很差，而昨天卻很好。