通常情况下，声音在水中的传播速度为1450米／秒，但20年前人们惊奇地发现，当声波频率达到几个太赫兹时，这一频率下的超声波在水中的传播速度竟是上述的2倍多。多年来，科研人员试图通过建立各种模型来揭示这一问题的本质，但都未获得成功。不久前，意大利物理学家通过实验最终以高弹性介质理论成功地解释了这一现象，解决了困扰物理学20年的难题。该项研究成果发表在近期的《物理学评论快报》上。 
　　目前，科学家用两种理论来解释超声波在水中的高速传播。第一种是高弹性介质理论。该理论认为，超声波的频率越高，水的弹性越高并更难移动，成为一种高弹性介质，超声波在这种介质中的扩散就像在固体中传播一样，而声音在固体中的传播要比在液体中快得多。 
　　第二种理论认为，水是由极轻的氢离子与极重的氧离子交织组成的二元介质，在两个重量相差很大的二元介质中，经常存在一种特殊形式的超声波，该超声波的传播只在轻原子网中进行。由于该理论在二元气介质和金属合金介质中都得到了验证，因而认为超声波在水中的高速传播的现象适合这一理论。 
　　虽然上述两理论对超声波在水中高速传播现象的解释相一致，但在解释超声波由正常传播到高速传播的过渡方面却完全不同。意大利物理学家的实验成功解释了这一现象。 
　　进行这样的实验非常困难，因为，目前科学家还没有研制出能产生实验所需高频超声波的设备。为此，研究人员利用间接的方法来测量超声波的速度。在实验中，研究人员用中子流或者X射线辐射水。它们与水分子发生作用，在微小区域产生高速振动，同时发生能量与频率的传递。根据能量与频率这两个数据就可以间接计算出声音的传播速度。 
　　在研究光波与紫外光子的散射过程中，研究人员观测了频率从1吉赫到100吉赫范围内声音的传播，首次得到了该频段声音传播速度的资料。实验准确表明，在逐渐增大频率（或者降低温度）的情况下，声音的传播速度也逐渐偏离“正常”速度，开始增大。将实验数据与上述两个理论对比后，研究人员认为，高弹性介质理论是正确的，二元理论则不成立，从而在实验上成功解释了超声波在水中的高速传播现象。 

    来源:科技日报