用一股声波冲击水，就有绝细的气泡产生。这种令人惊讶的现象有着巨大的潜在价值

取一缸水，让声波通过，嘿！奇怪，有光放出来了。这是怎么发生的呢？首先，可见光的能量比声波能量高得多，要把声转变为光，就必须把声能提高万亿倍，大抵相当于把照射到100平方米左右地面上的全部阳光进行聚焦。

原来，声波通过水时就会产生极小的气泡，而气泡是集能的能手。在该过程中，这些气泡可获得比太阳表面还高的温度和比地面气压高数万倍的压力，这就为采用极简单的设备进行奇特的化学反应开辟了道路。目前研究人员预测，温度还可升高——甚至或许可使温度升高到足以实现难以捉摸的核聚变的程度。

声致发光，声转变为光的过程，早在60多年前已被发现。但直到1959年，德国哥廷根大学的欧文 · 迈耶（Erwin Meyer）和海因里希 · 库特路富（Heinrich Kuttruff）才发现光可由称作声蚀作用的过程，即声场中产生的极小的气泡的破裂过程中产生。

集中的能量

气泡破裂时能释放极其大量的能；例如，让水通过诸如船舶的推进器或涡轮叶片等障碍物时，就能生成气泡，当这些气泡破裂时，能在坚硬的黄铜或钢铁制件上冲击出孔来。不过，把声转变为光所需的能量密度比这还要高。

声波不过是一种交替压缩和扩张其通过的介质的压力波：可以想象声波通过液体时发生的情况。当压力降低时，液体发生显著沸腾，形成气泡，并开始膨胀，而当压力重新升高时，气泡即被压破裂。正是在这一阶段，气泡内的气体被极大地压缩并加热至很高的温度，从而发出光来。

1986年，伊利诺斯大学的肯 · 苏斯克（Ken Sushick）应用化学速率方程推导出：声场中破裂的气泡可达到5000 K左右的温度。1993年，巴尔的摩约翰 · 霍普金斯（John Hopkins）大学的安德烈亚 · 普罗斯佩里特（Andrea Prosperefti）算得更高的温度，约7000 K，大致与太阳表面温度相同，比切割淬硬的钢铁制品用的乙炔吹管温度高。由这样简单的装置——一缸液体和一个声场就能产生这样高的温度，化学工作者为此激动不已。尽管液体整体温度依然未变，但却存在着高达数千度温度的无数极小的气泡，这就有可能把分子打碎，从而引发通常实验室条件下极难进行的化学反应。

与此同时，物理工作者一直试图确切弄清声致发光的机理。唯一的线索来自分布光发射的方式——有时均匀地通过水，有时于某些位置集中为强光束。原来这些强光束与声“驻波”中声强最大的区域相重合。这是正向波和反向波的组合，就像一个单驻波，这通常在波向一个方向传播并由边界被反射回来时产生。

但不管是否集中为光束，光总是来自液体这么多的不同部分，而这液体总是涉及许多各不相同的气泡的破裂过程。想仔细弄清真正发生的过程的尝试，都会碰到多泡声致发光这一真正棘手的问题，要弄清上千个在不同处发光的各不相同的气泡中发生的过程实在不易。

幸而密西西比大学的研究生菲力浦 · 盖坦（Felipt Gaitan）于1990年设法提供了一个摆脱困境的办法，他设计了一个包括单个的“浮动”声致发光气泡的简单装置，如在液体中央存在着声驻波，则与此驻波有关的力会力图把气泡推向声场最强的区域——即推向容器中间。

但由于其特有的浮力，气泡还是力图升向液体表面。盖坦把声场拉至两种力恰巧平衡，使气泡浮在液体中固定位置。借减少溶解在液体中的气体量，在每一接连的周期内使之产生单个气泡，达到较大尺寸时使之破裂。终于，他找到了最合适的条件，在该条件下气泡就像一颗极小的星星发出光亮。

由于单泡声致发光（SBSL）的发现，就可能对声致发光进行仔细得多的研究。把激光束由气泡散射，可观察到强烈的振荡，不出所料，当气泡破裂时就放出微弱的闪光。可是，更出乎意外的是：气泡破裂时并不自行消失，而在内向爆炸后重新出现。

内向爆炸的冲击波中，温度可达到200万度，约为核聚变所需温度之半

还有出人意外的事。按普罗斯佩里特的计算，微弱闪光将持续约200亿分之1秒。但1991年，洛杉矶加利福尼亚大学的塞 · 帕特伊曼（Seh Putterman）及其同事们已经证明普罗斯佩里特的预测高出千倍。他们发现微弱闪光持续时间小于50万亿分之1秒，且发射光谱似乎表明：气泡内的温度不是如普罗斯佩里特所提出的数千度，而是数万度。

在普罗斯佩里特的计算中，设想当气泡破裂时，内部气体被比其正常压力大数千倍的压力所压缩，并显著变热。他认为这会使气体放出光以散发其新获得的能量。他的计算和光散射实验都表明：气泡破裂约需200亿分之一秒，因此他设想气体也将被加热同样长的时间。但是，如果热蒸汽是产生微弱闪光的原因所在，那么为什么闪光的持续时间却比气体被加热的时间短这么多呢？何以温度又比预期的高这么多呢？

两年前，洛杉矶加里福尼亚大学的陈庆武和保尔 · 罗伯茨（Paul Roberts）力图研究冲击波生成时气体发生的情况。他们认为，直到气泡破裂的最后阶段情况表现或多或少与普罗斯佩里特的理论相符。那时，气泡外表将以超过声速的速度向中心移动，从而把冲击波射入气泡中心，完全同Concord超声速产生声爆一样。由于冲击波中的分子均力图同时到达气泡中心，它们相互碰撞，引起冲击波回弹。内向爆炸时中心的气体被加热，而冲击波回弹时就使气体膨胀并迅速冷却。

陈庆武和罗伯茨根据闪光持续时间的实验测定判定，气体仅被加热很短时间，他们还意识到气泡破裂产生的能量是分布在比设想的要小得多的体积上的——仅真正中心的分子才受到影响。因此可获得较高能量密度从而得到高温。他们认为，冲击波可以解释实验中观察到的高温和迅速的闪光。

稀有气体之谜

SBSL的研究还引发了颇多新的问题。例如洛杉矶加州大学帕特伊曼研究小组的罗伯特 · 希勒尔（Robert Hiller）于去年10月在《科学》杂志上撰文指出，有否氩、氦和氙等稀有气体的参与，似乎对声致发光至为重要。这一情况几乎是在无意中发现的，他们用空气充满发光气泡时，看到了发出大量的光，然而，用氮和氧——空气的两个主要组份充满发光气泡时，却几乎看不到什么光。他们想到，空气含有少量值得注意的氩组份，因此他们试着在氮中加少量氩。他们惊异地发现，仅含0.1%氩的混合气体使发光度提高了近30倍。氦和氙也可起到同样的作用。迄今还不了解为何少量稀有气体能引起这样引人注目的变化。

与此同时，声致发光造成的极端条件，使人们产生了SBSL是否可用于产生核聚变的想法，这一想法令人激动不已，但却颇有争议。核聚变是产生太阳及其他星系的能源，在太阳深处重力极大，促使氢的同位素重氢的核聚变为氦核，在该过程中便释放出极大量的能量。许多年来，物理工作者一直试图在地球上实现可控核聚变，因为地球上有着十分丰富的氢，它可提供一个实际上取之不竭、用之不尽的能源。但尽管核聚变研究已经耗资数十亿美元 · 但离实际应用阶段依然还有一定距离，估计至少还得二、三十年。

主要的问题是温度和压力一定要极高，聚变反应才能发生，这种条件极难达到，而且极难加以控制。在声致光中能否达到这些条件呢？陈庆武和罗伯茨应用冲击波模型计算出在SBSL中温度可高达1亿度。但这是高度理想化的状况，不可能在实验室得到证实，因为他们曾不得不对在高温高压下气体的行为作出种种假设。

不过，去年11月，在豪士登举行的美国声学学会的会议上，莫斯报告了更为实际的计算结果。他采用了以方程式表示在极端条件下气体行为的高级计算机密码。令与会者大感惊异，他指出在内向爆炸的冲击波中的温度仍然可达200万度——约为聚变所需温度之半，更有甚者，压力十分巨大——约数百万大气压——气体的密度将达到一般金属的密度。

莫斯指出，即使如此惊人高的温度和压力，对核聚变来说还是不够，但还可使之进一步提高。方法之一可在冲击波刚射入气体之前对气泡施加冲力或使之加速，从而可取得大得多的压缩程度。

看来要由声致发光来实现核聚变还相当遥远，不过有各种其他适用的办法。例如，目前用以产生SBSL的装置以每秒数万周的频率运转，故发光气泡在被迫破裂前发光的时间极短。如用较低的频率，则可形成较大的气泡，则或许可造成更大的压缩。

大的气泡可能易被重力扭曲而不会成球形对称破裂，这就意味着破裂的能量将不是全部集中在中心，从而会限制可能达到的极限温度。但如果把SBSL装置建在没有重力的环境，诸如宇宙空间站中，那么就有可能克服地心引力所强加的诸多限制，即借太空之助，可实现足以发生核聚变的高温和高压。

尽管这些希望均尚未最终实现，但在今后，看来声致发光所产生的异常条件有可能开辟诸多令人振奋的新途径。

[New Scientist，1995年4月29日］