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白光、白噪声和白气味

已有 1428 次阅读2012-12-15 02:36 |个人分类:科普文章| , 噪声 分享到微信

  从前人们认为白色是最纯的颜色,白光是最纯的光,直到有一天牛顿用三棱镜证明了事实恰好相反,白光是最不纯的光。在一间只留了一个小孔的暗室里,牛顿对着从小孔照射进来的白色阳光放上一个三棱镜,阳光被三棱镜折射后,变成了各种颜色的光。牛顿不是第一个用三棱镜制造人造彩虹的人,却是第一个用三棱镜证明白光是各种颜色的光的混合:他再放上一个倒过来的三棱镜,发现各种颜色的光透过它后,又变成了白光。

  光是一种波,不同颜色的光是不同波长(或不同频率)的电磁波。可见光的波长在390纳米到750纳米之间,其中波长最长的是红光(所以比它波长更长的不可见光叫红外线),最短的是紫光(所以比它波长更短的不可见光叫紫外线)。所有波长的可见光均匀地混合在一起就成了白光。太阳光大部分是可见光,这不奇怪,我们的眼睛就是为了看到太阳光而进化出来的。

  声音也是一种波,不同频率的声波我们听起来不一样。我们的耳朵能分辨的声波频率范围在20赫兹到20000赫兹之间,低于这个范围的是次声波,高于这个范围的是超声波,都是人耳听不见的。如果把人耳能听到的所有频率的声波均匀地混合在一起,变成了一种特殊的噪声,类比白光,我们把它叫做白噪声。白噪声听上去很像风扇发出的声音。

  白噪声在生活中有点用处。我们可以利用它作为背景音掩盖其他声音。你如果住在一个隔音不好的宾馆,隔壁房间的谈话声让你睡不着,你可以打开风扇,这时你就只能听到一片噪声。这就好比你听两、三个人同时说话,能听得清其中一个人说什么,但是如果是几百个人同时说话,听上去就只是一片噪音。风扇声就相当于几百个人同时说话产生的噪声,隔壁房间的说话声成了分辨不出的噪声之一。

  我们有眼睛能看见,耳朵能聆听,还有鼻子能嗅闻。既然不同波长的可见光混合成为白光,不同波长的声波混合成为白噪声,那么不同气味的混合能不能产生白气味呢?与光波、声波不同,刺激产生嗅觉的并不是一种波,而是化学分子。我们闻到的各种味道,往往不是单一种气味分子产生的,而是多种气味分子的混合。例如茶、咖啡、葡萄酒的香味分别是由很多种分子产生的,但是它们闻上去又是那么不同,并不像白光、白噪声那样趋于一致。

  要产生白光、白噪声,需要满足两个条件,一个是包含了人类能感知的所有波长的可见光或声音,一个是不同波长的可见光或声音要均匀地混合(强度或功率都相同)。这两点满足得越好,就越“白”。在现实生活中我们遇不到白气味,原因是不是因为这两点满足不了?如果把人类能够感知的所有类型的气味分子均匀地混合在一起,是否就能创造出白气味?

  人类能够感知的气味有好几千种,不可能把它们全都收集了来混在一起。但我们可以对它们进行分类,一种分类方法是根据人类的主观感受来分,例如某种气味让人感到尖锐、甜、香、温暖、酸、冷等等;另一种分类方法是根据气味分子的物理、化学属性来分。这两种方法并不矛盾,可以结合起来,然后选择涵盖各种气味类型的分子样本。

  需要解决的另一个问题是,怎么保证不同分子是均匀混合的?气味的强度并不像光、声的强度那样有一个简单的客观指标,例如不同的气味分子即使有相同的浓度,其气味强度可能完全不同。气味强度的强弱是一种主观的感受,也只能根据人们的感觉进行测量、对比。通常的做法是把一种气味分子不断地稀释,稀释到人们感觉不出来为止,以此作为基准。

  以色列魏兹曼科学研究所嗅觉实验室选择了86种能涵盖各种气味类型的气味分子,以相同的强度做各种组合,然后请气味专家对如此产生的混合物气味进行评判。他们发现,混合的气味分子种类越多,混合物的气味就越趋向一致。当气味分子种类达到30种左右时,即使成分完全不同,却出现了同一种气味,他们认为这就是白气味。

  这种气味给人的感觉是“中性”的,闻上去不好不坏。此前没人闻过这种白气味,自然界很可能不存在这样的气味。我们在自然界闻到的各种气味,即使是多种气味分子的混合,也不可能涵盖各种类型或有相同的强度。所以白气味只是实验室的产物,也没有什么用处,但是有学术的意义。它让我们了解到,我们对气味的感知,虽然是一个个气味分子刺激引起的,却不是分别对单种气味分子的感受的叠加,而是综合的感受,所以即使是各种气味分子的不同组合,也能产生难以分辨的相同的白气味。

  除了视觉、听觉、嗅觉,还有味觉。你也许会想到,能不能创造出一种白味道?大概不能,因为味道的基本种类太少了,只有酸、甜、苦、咸、鲜五种,而且我们也不知道怎么比较不同味道的强度。

  2012.11.28.

(《新华每日电讯》2012.12.7)











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