中国科学家用声波悬浮动物

科学时报 作者：祝魏玮 2006年12月4日

本报讯 你见过飞行的鱼和蚂蚁吗？这种奇特的现象如今在中国科学家手中成为了现实。据《自然》杂志在线报道，近日，西安市西北工业大学的科学家在试验中用声波将鱼、蚂蚁等活着的小动物悬浮起来,而且不对它们造成明显的伤害。

该校材料物理学家解文军表示，尽管不停向这条被声波托起的鱼喷水，这条鱼的寿命也会因脱离水池而缩短。但是蚂蚁、瓢虫、蜘蛛和蜜蜂则不会受到伤害。

事实上，科学家早就进行了将活着的动物悬浮起来的试验。1997年，荷兰奈梅亨大学的物理学家们利用一块超导磁石将一只活着的青蛙漂浮在半空中。青蛙本身是一个非磁体，但是通过电磁石的磁场而变得有磁性。

超导体会因为它们对磁场的排斥力而自动浮起。据了解，这一原理已在日本得到验证，1996年日本在磁场悬浮实验中，利用一个金属盘子将体重为 142公斤的相扑运动员悬起。相同的原理也被用于研制磁悬浮列车，尽管现在使用的磁悬浮列车多用电磁场来实现，但它们的原理是一致的。

而用声音悬浮物体也并非首次，这一理论早在20世纪30年代便已提出。解文军和他的同事魏炳波等之前曾利用超声波将密度很大的金属钨球悬浮在空中。这一研究成果于2001年发表在《应用物理快报》上，《自然》杂志对此的评价是：“这种无容器的、将物体悬在空中的方法可应用于研究和制备新材料。”

当物体的尺寸和超声波的波长一致时，悬浮力最强。《自然》杂志介绍说，中国科学家使用磁铁在一个电场中摆动，从而激发出20毫米波长的声波(波长和被托起的蚂蚁、鱼等动物的尺寸大致相当)，通过声波使这些动物悬浮在稀薄的空气中。

虽然没有受到伤害，这些动物在试验过程中还是表现出了明显的不安，紧张地重复着无用的动作。蚂蚁挥舞着手足在空中企图四处游走，瓢虫也在拍打着翅膀，而鱼和蝌蚪则企图游离这个空间。

“我对这些动物没有受到伤害并不感到吃惊。”奈梅亨大学磁悬浮实验室的Peter Christianen说，“地心的引力非常小，因此它们不需要太多的反作用力。”

通过对漂浮的水滴的压迫力进行观察，研究人员发现在试验中这些压迫力不足以对这些动物构成威胁。以瓢虫为例，解文军和他的同事估计，漂浮试验仅对瓢虫的后背和腹部有轻微的压迫，但这些轻微的压迫不足以对它构成任何伤害。

这项研究成果远不像小把戏那么简单。某些原料过于棘手，很难进行处理；因为有些化合物具有很大的腐蚀性，或很容易与容器发生化学反应。解文军和他的同事曾经使用超声波技术成功地使小团的水银和铱漂浮在空中，该研究的目的在于实现从医药品到合金的各种物品的无容器包装。

那么，为什么要进行动物漂浮试验呢？一定程度上讲，这可以模仿失重条件下的环境对人的影响，比如太空行走会给人的骨骼和组织带来哪些影响。虽然，目前用超声波将人漂浮起来尚有困难，但让一些小动物通过这种途径进行漂浮已经成为现实。

从这一点上说，这项工作的最大意义或许是产生了惊人的广告效应。“当你将一只青蛙或一个草莓漂在空中，你就能感觉到这件事情带来的爆炸性影响。”Christianen说。