跟胖哥學物理 楊利偉聽“外星人的敲門聲”

2003年，應該值得中國科學界自豪，因為中國成功把人送入太空。但有已經非常奇怪的時，據中國第一太空人楊利偉回憶，他在神舟五號飛船飛上太空距離地面343千米時，他在一個密閉太空艙，抬頭看了看窗外深邃漆黑的宇宙。忽然，在寂靜的孤獨中，，他聽到了那個彷彿來自未知的聲音。“咚、咚、咚、咚！”楊利偉稱，這個聲音是突然出現的，並不一直響，而是一陣一陣的：不分時間，不分晝夜，一點也沒有規律，不知什麼時候就響幾聲。既不是外面傳進來的聲音，也不是飛船裡面的聲音，而彷彿是誰在外面敲飛船的船體。

當楊利偉把這種現象說出來大家都感覺神秘，並給出各自猜想。其實，一點也不神奇 只是一種常見現象。後來後來，在“神舟六號”和“神舟七號”飛行時，航天員們也聽到了這個聲音。其實，最先發現這個現象的時 “阿波羅”飛船上的航天員，他們也曾經多次報告過這種“怪音”現象，還起了一個好聽的名字呢——“外星人的敲門聲”。

首先，同學會想?太空不是真空嗎?怎麼能聽到聲音?其實，飛船作為一個固體，固體是能夠傳播聲音得到，而且固體傳聲效果還優於空氣，甚至還能集中聲音，一個很小聲音，在太空那種寂靜環境裡顯得格外分明。

這種聲音是怎樣產生的?難度真是外星人敲門麼?

其實，這種一種正常的物理現象。科學家給出兩種觀念：第一、認為是飛船內外的壓力變化導致的變形時振動所發出的聲音，還有一種認識就是飛船材料在熱脹冷縮時體積變化引起飛船材料振動是發出的聲音。

同學學過，大多數物體隨著溫度升高，體積會增大，而溫度降低時體積會減小，這種現象叫做熱脹冷縮現象。這種現象在我們生活中處處可見，我們修公路時和裝修時瓷磚之間都有留收縮封，如果留封太小，在溫度突然變化時，物體由於收縮和膨脹就是發生振動，既然振動就會發出聲音。筆者住時單位一間老房子，在一個夜深人靜時，就聽到過瓷磚由於膨脹時與地面摩擦發出聲音，當時亦覺得神秘。後來，才發現是地面瓷磚鼓起來了，才知道時瓷磚膨脹振動造成的。

其實，這種聲音在很多老房子都出現過。另外還有許多人聽過“樓上有鋼珠落地聲”，其實就是鋼筋年久、周圍輕微蝕空後，細鋼筋在管道中發生熱脹冷縮時彈動而產生的聲音。真的在樓上丟鋼珠，樓下反而聽不了那麼清楚。明白了這一點，大家就懂了為什麼許多新房子住五年會出現裂縫原因。其實也是一種溫度變化造成熱脹冷縮時出現的溫度裂紋。

一般情況下，發生新建房屋裂縫是為材料不過關、施工不精細操作導致，由室內外溫差照成的，這樣內外材料膨脹程度不均勻形成的這些裂紋是溫度裂紋，不會影響房屋結構安全。做好封閉處理、進行監測就能及時解決這些裂紋。因溫度裂縫是指現澆混凝土出現的裂縫，內外溫度差25攝氏度所導致的，是不均勻、不穿透樓板的裂縫，屬於龜裂。

如果是穿透樓板的裂紋，就是屬於結構性開裂，這種情況有可能是用來不合格鋼筋，因為鋼筋與混凝土膨脹係數是否相同，時房屋結構關鍵。不合法鋼筋，都是舊鋼筋翻新的地條鋼，在相同受熱條件下，由於它與混凝土膨脹不同而使鋼筋和混凝土脫離，這屬於嚴重的質量問題，如果不及時處理，甚至會出現坍塌現象。

對於不屬於結構性溫裂，可以自行處理措施：採用促凝膠漿或氰凝灌漿堵漏。對不滲漏的裂縫，可用灰漿或者水泥壓漿法處理。對於結構所出現的環形裂縫，應該及時跟質量監測部門聯絡，要在沒有安全隱患前提下才自行處理。可採用埋入式橡膠止水帶、後埋式止水帶、貼上式氯丁膠片以及塗刷式氯丁膠片等方法處理。不過對於新商品房，建議不要入住，應該拿起法律武器，要開發商退房，因為畢竟是住人的，安全應該放在首位。

不過，兩種金屬在受熱相同條件下，膨脹係數不一樣，在我們生活中還有很多應用。譬如雙金屬片，由於銅和鐵在受熱時銅膨脹快，所以向鐵彎曲；相反，遇冷時，銅收縮快，會向鐵彎曲。利用雙金屬片我們可以製造溫度計。同時 可以用來做溫控的開關。

其實，關於楊利偉聽到聲音，中國航天界也做過實驗來證明產生的原因，發現主要是艙內外壓力引起的。2014年2月3日到5月20日月宮一號進行105天長期高閉合度有人實驗時， 艙內實驗人員經常能聽到這個聲音。

月宮一號是密閉艙室，艙室內溫度和溼度是調控在適宜艙內人或生物生活相反或生長的條件。例如，綜合艙內的溫度保持在23±2℃ , 溼度是55±5%。艙內溫度會在21 ℃到25 ℃之間變化。在溫度變化的過程中， 艙室內的壓力也會隨著溫度的變化而變化（根據理想氣體狀態方程：pV=nRT）。因此艙室內外壓差會發生變化，導致艙體內壁的材料就會發生一些形變：內外壓差變大時，向外變形，減小時，向內變形，從而出咚咚的響聲， 聽上去類似外面有木頭錘子敲在艙上面的感覺。

有了月宮一號實驗，後來在與俄羅斯同行交流中獲得的資訊也證實這種猜想的正確性。因為在20世紀80年代，前蘇聯科學家在做BIOS-3系統實驗時，也聽到了類似的聲音，後來確定了是壓力變化導致的變形所發出的聲音。看了，楊利偉聽到聲音並不是外星人敲門，是由於艙室的氣密性很高，內外壓力差造成了艙的振動產生的。由於與艙內溫度發生變化時，內外氣壓會發生改變，這樣就會引起振動。如果壓力差不變，是不會引起振動的。

飛機起身和降落時，也會由於氣壓改變讓人的耳朵很難受，其實原理也差不多。當飛機當起飛與下降時，耳道的氣壓是跟外界大氣壓一致的，而鼓室內的壓力還來不及調整，耳膜兩邊就產生了壓力差，使耳膜充血。此時乘客就會感到耳朵疼，且人耳對飛機降落時的氣壓差更敏感、更疼痛。

人類在探究未知世界時，還會遇到更多奇異現象，但是我們一定本著科學態度，發現背後規律，這樣也帶來科學進步，這也是我們為什麼要去登月一個目的之一，希望我們發現新的現象更多，讓人類瞭解和探究更多 這樣人類就進步了。

這就是科學態度，從大膽猜想到實驗驗證，人類就是在這種永不服輸精神鼓勵下前進的，而不是在經典裡找證據，那不是一種科學態度!

2018年10月14日於宜昌市夷陵區吾同齋

談史解謎，我來揭曉謎團。

中國著名航天英雄，也是中國航天史上第一人的楊利偉，執行任務期間，曾在太空聽到“敲窗”聲？十多年後才真正揭開謎團。隨著中國不斷強大，中國在各方面的發展都很不錯，甚至在某些方面都取得了非常傲人的成就。就拿中國的航天事業來說吧，現如今已經成為祖國和人民的驕傲。

神舟5號飛船成功返回，標誌著中國成為了世界上第3個掌握載人航天的國家，而航天英雄楊利偉也成為全華人民的偶像。不過在這個令華人熱血沸騰的工程實施期間，曾出現過這樣一個意外，楊利偉後來談及此事時依舊不免一身冷汗。

那是神舟5號在進入太空之後，他總能聽到奇怪的“敲窗聲”，並且在此之前，蘇聯宇航員也表示在飛船升空後聽到了類似的“敲窗聲”。那麼這究竟是怎麼回事？難道太空中還有外星生命存在？這令當時科學家們表示很是費解。

如今距離楊利偉成功登上太空已經過了10多年，而這個謎團隨著時間的推移，逐漸被揭開。

在漆黑的太空中所聽到的聲音，其實並不是敲窗聲，主要還是因為太空的溫度與地球相差甚遠，飛船在飛行過程中，飛船部件隨著溫度的變化和外部環境的作用，會產生一定的形變。就如同我們想生活中所見將鋼板放置太陽下暴曬後，再拿到陰涼處，而飛船上的零部件很多，在變形之後零件之間難免會產生巨大的摩擦，在飛船封閉的環境中，一點很小的響動都會產生很大的聲音。

再加上宇航員一直處於精神高度集中和緊張的情緒中，對飛船內所發出的聲響很難分辨清楚，便大致誤認為敲窗聲。“敲窗聲”的謎團雖然揭開了，看似簡單易懂的道理，但據科學家所講，如果當時形變擠壓的程度再大一些，飛船極有可能發生嚴重事故。所以說，航天員是一個非常高危的職業，像楊利偉這樣為祖國奉獻的航天員值得我們敬佩。