会唱歌的沙子是怎么回事？揭秘鸣沙现象

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如若你曾涉足甘肃敦煌之地，必然会对那儿奇妙非凡的“鸣沙山”存有深刻印象。历经千百年时光，这片呈现金黄之色的沙漠海洋，吸引着数不清的游客前来，这不仅是源于其雄浑壮丽的大漠景致风光，更是由于那传说里“沙岭晴鸣”的奇特怪异现象。实际上，这种能够“唱歌”的沙丘并非仅在敦煌才有，它们散布于全球为数不多的几个特别区域。在几个世纪以前的往昔，马可·波罗于丝绸之路的行程之中，记载下了这让人毛骨悚然的嗡嗡声响，达尔文在他开展的环球考察期间，也提及智利人把这种发出咆哮声音的沙山称作“怒吼者”。

很可能你会感到好奇，平平常常的沙子，究竟怎样能够发出如同飞机引擎或者钟鸣那般的巨大声响呢？这般声音并非是那种高亢的尖叫，而是一种深沉的、持续不断的轰鸣，听起来恰似大提琴音域中下半部分的浑厚低音。若要聆听这场沙漠音乐会，一般来讲需要些许“外力”，像是风把沙子吹动从而形成沙崩，又或者滑沙者从山顶快速地飞驰而下。

科学家们往昔曾觉得，这般声音乃是整座沙丘深层的稳固结构于发生共振。然而在2009年时的一项研究将此想法给推翻了：秘密实际上是隐匿于表层那些正在流动的沙流之中。该项研究认定，这是一种奇妙的“同步化”现象。当成千上万颗沙粒沿着斜坡滚落之际，它们并非仅仅是在彼此相互摩擦，而是如同训练有素极为默契的士兵那般，达成了某种默契，开始“步调一致”地进行振动。

有一颗沙粒，其振动是微不足道的，然而，当存在数百万颗沙粒，并且它们同时以同样的频率去振动时，这些沙粒就会共同促使空气被推动。此时，流动着的沙层变成了一个巨大的用于扬声器的膜片，它把微小的振动放大成令人震撼的轰鸣声。甚至于，有理论物理学家觉得，流动的那种沙子会和下方静止的沙层产生共振，进而将这种声响更进一步地放大了。

尽管沙丘发出声响的物理原理皆是沙粒共振，然而如同人类歌手中存在着天籁之音与“跑调王”这般情况一样，世界各地的沙丘发出声音时风格也是截然不同的。有的沙丘音色是纯净的，有的沙丘却是嘈杂得难以入耳的。这种极大的反差在两座颇具知名度的沙丘上展现得格外充分极致。

一座处于摩洛哥西南部的沙丘，简直如同一位经过专业培训的“男低音”。不管何时何地，它始终稳稳地唱着105赫兹的曲调，那大概是比中央C低两个八度的升G音，其音色纯净、深沉且稳定。而在阿曼沿海小镇的另一座沙丘，风格却全然不一样。它好似一个在KTV里喝多了的“麦霸”，尽管嗓门大，可音调极度混乱，能一同喷出一股从90到150赫兹的嘈杂声浪，一下子跨越了九个音阶，简直就是一场听觉上的“大乱炖”。

两位“歌手”有天差地别的表现，引发了科学家们浓厚的兴趣。为解开谜题，法国巴黎狄德罗大学的物理学家西蒙及其团队带着麦克风与精密仪器，深入到沙漠之中。他们想弄明白，为何同一个地球上的沙丘，唱歌水平会有如此大的差距。究竟是什么因素决定了沙丘，是成为优雅的歌唱家，还是沦为跑调的噪音制造者呢？

物理学家们把那两种沙子带回实验室里、放在显微镜下观看时、得出了结果。起初、摩洛哥那边的沙粒全都是管理身材的高手、尺寸极为匀称、直径都处于150到170微米范围之内。然而、阿曼那边的沙粒却是一群杂乱无章的东西、大小从150到310微米各不相同、有大有小。

为了对猜想加以验证，科学家们于实验室之中开展了一回“筛选”行动。他们起初原封不动地令阿曼的混合沙子沿着斜坡向下滑动，所录制下来的声音确实是嘈杂不堪的噪音。随后，他们运用筛子予以精心挑选，仅仅留下了一批大小保持均匀状态（范围为200到250微米）的阿曼沙粒，接着再度让这些沙粒向下滑动。有趣的情形出现了：这群经过筛选且个头变得统一的沙粒，居然不再出现“跑调”状况，而是发出了清晰、纯净的单音。

这会儿道理弄明白了：沙粒的大小对歌声的纯度起着决定作用。在沙粒大小保持一致的情形下，它们于滑落进程里会以近乎一样的速度进行运动，如此使得它们能够井然有序地振动。这好似有着规范训练的仪仗队，步伐整齐划一，所发出的声音自然而然清晰响亮。然而那些大小参杂在一起的沙粒，滑落速度彼此各异，恰似在热闹街市中四处奔跑的人群，发出的仅是一片嘈杂的喧闹之声。尽管科学家们依旧在持续探究这些疯狂滚落的沙粒究竟是怎样达成 “同步协议” 的，不过起码我们当下知晓了鸣沙山的选曲奥秘。

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