激光也可以传递声音吗？
是否有不需要耳机就能进行传声的技术呢？（图片来源：pixabay）
在许多科幻片或动作片里，我们总能看到里面的人物通过戴在耳朵上的设备接收来自其他地方的指挥。通常，如果我们要听到别人发给你的语音信息，一般都需要借助听筒或者耳机作为媒介。因此，科学家们开始设想，是不是可以通过某种技术，让人们像外星人或拥有超能力一样做到“隔空传音” 呢？这种技术将能够让声音直接传达给目标对象，即使对方没有佩戴特殊的接收设备，也能完全不让周围其他人听见对话的内容。
当物质受到周期性变化的光照射时，产生声信号的现象就称为“光声效应”。2014年，麻省理工学院林肯实验室的研究人员发现，空气中的某些气体可以通过吸收激光，产生出特定的声波。这是“光声效应”的一种应用，研究人员经由监测这些特定声波的信号，来了解空气中对应特殊气体的含量以及其他有关性质。
在这项研究的启发下，科学家们开始考虑是否能够反过来利用，即通过空气中的某些介质，直接以激光的形式来传递声音。最近，麻省理工学院林肯实验室的研究人员就以这个想法开展了一系列相关实验。如果实验成功，或许人们就将可能掌握梦寐以求的“隔空传音”技术。
水分子的光声信息传递示意图（图片来源：见参考文献）
研究人员选择了空气中最广泛存在的水分子作为实验对象。在吸收经过频率调整的特定激光后，水分子产生出研究人员所想要的声波。水分子对不同的激光吸收程度各不相同，产生声波的效果也存在差异。
这项研究最神奇的地方在于，不在激光传播途径上的水分子会一如往常。只有对应的目标能够接收到声波信息，即只有被激发的水分子能够产生声音。也就是说，当使用这种技术进行传声的时候，周围的人是听不到声音的，他们甚至察觉不到任何的异样。这就实现了我们所想要的“隔空传音”的效果。
一些人可能担忧这种激光传声的方式会不会对眼睛、耳朵以及皮肤造成伤害。事实上，这些激光不会对人体健康产生任何损害。因为没有这方面安全性的问题，因此这项技术拥有很好的研究前景。目前，麻省理工学院林肯实验室已经设计出了相应的激光发射设备，并且成功通过这台设备向2.5米外的地方发送的声音信息。
需要通过不同的音节词汇排列组合，才能形成人类可以辨识的语句（图片来源：pixabay）
但是，研究人员还没有找到让这些声波变成真正语言信息的最佳方法。要传递有意义的信息，就需要有一个编码转换的过程，通过不同的音节排列组合，形成人类可以辨识的语句。而如何对激光进行编码、激光能够传递多长的信息，以及传递过程中有多少信息会损失，都是研究人员下一步需要考虑的问题。由于需要保证整体的传递效果，这个方面仍然是一个有待攻克的难题。
另一方面，如何对设备进行调整，让激光传递不同分贝的声波，以及传递更长的距离，也是随之而来的挑战。目前已经实现的是2.5米外产生60分贝的声音，这显然并不能满足实际应用的需要。但无论如何，激光传声技术让过去只在想象中的“隔空传音”有了变成现实的可能。
这类技术无论是在军事领域协助定位、信息传递，还是在商业领域作为广告投放手段，抑或是在日常生活中改进降噪设备等等，都能发挥出巨大的作用。一旦实现这个愿景，我们社会的方方面面都将可能迎来革命性的变化。或许在将来的某一天，人与人之间都能更加方便地进行不受外界干扰的交流。
原创稿件
制作 叶鹏飞
审校 赵峥 北京师范大学物理系教授
参考文献：Sullenberger, R., Kaushik, S., & Wynn, C. (2019). Photoacoustic communications: Delivering audible signals via absorption of light by atmospheric H2O. Optics Letters, 44, 622.
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