他們用噪音造了臺冰箱，用的是爆款動漫裡的同款物理原理

原創 萬物 把科學帶回家

撰文 七君

你知道嗎，噪音可以用來降溫。

這聽起來有點扯，聲音還能給人降溫麼。沒錯，除了我們介紹過的，2003年，聯合利華、冰淇淋大戶 Ben & Jerry’s 就和賓夕法尼亞州立大學聯手，製造出了一臺用噪音降溫的冰箱。

Ben & Jerry’s 的熱聲冰箱和研發者之一的 Matt Poese。圖片來源：ASA

用聲音降溫的冰箱，利用的是熱聲效應（thermoacoustic effect）。

熱聲效應的原理其實並不複雜。我們知道，聲波可以讓空氣振動，空氣振動時會壓縮和膨脹。

空氣分子隨著聲音的振動，隨著聲波的傳播，一些區域壓縮，一些區域膨脹。

氣體被壓縮時會變熱，而膨脹時會變冷，聲音就靠這一點改變溫度。

大家看一下演示。不停給瓶子按摩，使氣體分子變得活躍（動能增加），氣壓變大，瓶子裡的氣體溫度上升——

我們給腳踏車打氣時也能感受到車胎因為氣壓增大而變熱。如果開啟瓶蓋放出氣體，那麼氣壓降低，溫度下降——

反過來，溫度的變化也會產生聲音。

幾百年前，吹玻璃的匠人就注意到，如果把熱玻璃球接在冷玻璃管上，管子就會發出單調的噪音，這就是熱聲效應。不過工人們無法解釋這種現象。

到了19世紀，熱聲效應逐漸得到物理學家的重視。1859年，荷蘭物理學家 P。 L。 Rijke 利用熱聲效應制造出了會唱歌的管子。而在1887年，第三代瑞利男爵開始探討用聲音傳熱的可行性。

Rijke 管：只要在空管中放置一片篩子，並在下方加熱，管子就會唱歌。

大家可以來圍觀一下屁股被烤了以後會唱歌的 Rijke 管子——

在全球大賣1000萬冊的漫畫《炎炎消防隊》中，角色卡力姆福拉姆就擁有利用熱聲效應將熱量轉化為聲音，再用聲音降溫使敵人冰凍的技能。

話說回來，如果聲音和溫差會互相影響，那我們平時說話唱歌放P的時候為什麼感受不到呢？

其實這是因為大家說話放P不夠大力啊。

說話時產生的溫度波動是40微攝氏度，也就是一攝氏度度的百萬分之一，因此很難被感受到。但是，如果你的音浪能達到180分貝，溫度波動就可以達到24攝氏度，這時候你附近的人就會感到一冷一熱很刺激了。

總之，利用聲音，就可以產生溫差，製造空調和冰箱。1992年，美國發現者號太空梭就曾搭載熱聲製冷機上天。

發現者號太空梭 圖片來源：wikipedia

Ben & Jerry’s 的冰箱用的也是同款原理，它能夠讓200升的冷櫃維持零下18攝氏度的低溫。

管子裡產生聲波的駐波時，顆粒物滯留在波腹（聲波的振幅最大）處。

這臺冰箱原型機的原理是這樣的：用喇叭產生的噪音在管子裡產生駐波，也就是說管子某處的氣體氣壓更大更熱，而另一處氣壓更小更冷。

在熱聲製冷裝置中，駐波使某處的溫度更高（藍色），另一些地方更冷（棕色）。

用冷的這一端就可以用來給冰淇淋製冷了。當然，為了產生足夠的冷氣，這個冰箱裡的喇叭能發出173分貝的巨大噪音，能夠讓人聾掉，比搖滾音樂會還要可怕。不過別擔心，熱聲冰箱的噪音不會洩漏出來。

熱聲冰箱的好處很多。比如，現在冰箱常用的冷卻劑是溫室氣體，而熱聲冰箱不含溫室氣體，環保得多。許多國家都在研究這種很有前景的技術。

Ben & Jerry’s 的熱聲冰箱的主要製冷裝置。圖片來源：NPR

說起熱和聲之間的轉換，還有一個很有意思，但目前只在人類身上觀察到的現象——微波聽覺效應。

在二戰時，在雷達發射機附近工作的人常會報告自己能聽見微波的咔噠滴滴的聲音。1961年，美國神經學家 Allan H。 Frey 對這個現象進行了研究，因此後來這個腦中鬧鈴聲又被命名為弗雷效應（the Frey effect）。

一些人提出，這是熱彈性膨脹導致的。

這就是說，大腦組織被微波加熱後會膨脹和收縮，從而產生了振動。我們知道振動能產生聲音，這種聲音透過頭骨傳導給耳朵，然後又被大腦解析成了滴滴的聲音。簡而言之，這就是大腦聽到自己“膨化變熟”的聲音。

這種解釋並不是無中生有。早在1880年，貝爾在研發電話的時候發現，一些材料吸收了電磁波（比如陽光）之後會發出聲音，後來這被稱為光聲現象。

人體內就存在這樣的材料。比如，血紅蛋白具有髮色團，可以吸收光子的能量，產生熱彈性膨脹，從而發出聲音。利用這種效應，人們發明了醫學光聲成像技術。

光聲成像技術

不過，由於弗雷效應涉及主觀體驗，到現在還有很多人懷疑微波是否真的可以被聽見。

但這並不妨礙文學和影視作品利用這個素材。比如，日劇《神探伽利略》的某一集就把微波聽覺效應當作重要的破案線索處理，大家可以去圍觀一下……男女主的顏。

環保冰箱製冷全靠吹。

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