滴答、滴答、滴答。水龙头没关紧，深夜里滴答作响。
水滴落入水箱，砸出水花。
声音从哪里来？你肯定想不到。
水花四溅发出的声音吗？根本不是。
Phillips等科学家前些年发表了一篇论文，揭开了这个秘密。
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水滴砸向水面，先在原本平滑如镜的水面上，砸出一个半球形大坑。
虽然水花四溅，飞到空中，但这里其实静悄悄的。
水有一种非常神奇的特性，叫做表面张力。它让水面积蓄了强大的反弹力量。被推开的水墙，开始向坑的中心倒灌，试图把水面重新拉平。坑洞开始闭合的速度实在是太快、太猛烈了。坑洞侧面的水流向内挤压的速度，超过了水坑底部向上填平的速度。

水坑并不是像我们填土坑那样，从最底下一点点慢慢满上来的。相反，坑洞最底部最狭窄的那个咽喉部位，因为受到四面八方水流迅猛的向内挤压，竟然抢先一步撞击在了一起，瞬间合拢了。就在闭合的瞬间，一小口原本待在坑底的外部空气，还没来得及顺着坑洞跑出去，就被四面八方合拢的水墙掐断了。于是，在水面下方极浅的地方，诞生了一个小小的空气泡。

小气泡不稳定。周围的水压迫它。

空气有弹性。被水挤压后，气泡里的空气向外膨胀反弹；可它刚一膨胀，周围的水又会再次把它压瘪。压瘪之后，空气再次反抗膨胀......

这种膨胀和收缩，每秒钟可以达到好几千次甚至上万次。（整个过程见图1）

气泡在水下跳动，就相当于在水下敲鼓。

可我们人类是站在水面之上的空气中听声音。在过去的一百多年里，无数聪明的大脑都想当然地以为：这太简单了，不就是水底下的气泡发出了声波，然后这个声波像光穿过玻璃一样，穿透了水面，传到了空气中让我们听见了吗？

不对！

科学家首先做了一番理论分析。指出水底下的声音极难直接穿透水面来到空气里。声音撞到水面上，绝大部分都会反弹回水里。空气中听到的声音根本不应该这么响。

他们还设计了巧妙的实验，验证了这一点。
当气泡在水箱里发声时，声音撞击到四周的玻璃会疯狂反弹，这就形成了一堆乱七八糟的水下回声（混响）。科学家们用厚实的木板，把水箱的内壁全包了起来。这些木板就像水下的声音黑洞，把水下的回声全都吸收得干干净净。于是，水下仪器记录到的声音变得非常短促干净。如果空气中的声音只是水下声音的影子，那么既然水下的“原件”已经发生了巨大的改变，空气中的“影子”理应跟着一起改变。 可结果是，无论水下的声音如何被木板改变，空气中的麦克风记录下的那声滴答的波形，竟然一样。

这证明了，水底下发出的声音，跟我们在空气中听到的声音，完全是两码事。

所以，声音到底来自何处？

科学家发现，这个疯狂跳动的气泡，和外面流通的空气之间，只隔着一层薄如蝉翼的的水膜。
气泡一跳动，这层薄薄的水膜，被迫跟着震动，就像音响最外面那层用来发声的喇叭振膜。于是产生了密集的空气波浪，耳朵才听到。——“滴答”。
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为什么这样一个看似简单的机制，过去没有人发现？

首先，在过去的几十年里， Leighton 在内的学术界泰斗级人物提出了一种非常符合直觉的假设：空气中的声音，仅仅是水下气泡发出的声音直接穿过水和空气交界面透射传播出来的。这个解释听起来太合理了，竟然没有任何一位科学家去设计实验来验证这个假设的真伪。其次，上世纪80年代末到90年代，最关心水滴发声的，其实是海洋学家和气象学家。他们的核心动机非常功利且明确：试图通过在海面下放置水听器，监听雨滴砸入海中的声音，从而远程测量海洋的降雨量。目光聚焦于水下声场，水面上方的滴答声则无人关注。还有一点，以往科学家们使用的高速摄像机帧率大多在每秒 1000 到 4000 帧左右。在这个帧率下，虽然能看到气泡的诞生，但无法看清气泡高频的体积脉动。 Phillips等人首次使用了每秒高达 30,000 帧甚至 75,000 帧的超高速高分辨率现代摄像机，才破天荒地直接用肉眼看到了水下气泡的脉动，并将其与纳秒级对齐的音频波形完美吻合。

先入为主的认知盲区让科学家懒得去想，海洋学的研究动机让科学家懒得去看空气，而落后的高速摄影技术又让科学家就算看了也看不清。

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寂静。
水珠滴落。
水花四溅。
压迫与反抗。
节奏与舞蹈。
复归寂静。

此中有禅意。

【参考资料】
Phillips, Samuel, Anurag Agarwal, and Peter Jordan. "The sound produced by a dripping tap is driven by resonant oscillations of an entrapped air bubble." _Scientific reports_ 8.1 (2018): 9515.

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