施郁

复旦大学物理学系教授

声音是我们每个人都熟悉的东西。声学是物理学中的一个传统领域，研究声音的物理性质，比如振动如何产生声波，声波如何在媒介中传播，声波的频率、强度、速度，等等。

然而，我们对于声音的感知，或者推而广之，动物对于声音的感知，还有超出以上性质的很多问题。有一个有趣的问题：“在一个没有人的地方，有没有声音？”简单来说，这里的“声音”可以有两种含义。一个含义是客观的声音本身，即媒介的振动。物理学中有很多这种问题，比如材料的声学性质，声波的量子化，乃至早期宇宙中的声波。而且很多是超出人耳的感知范围的。在这个意义上，声音当然不依赖于人的存在。

但是“声音”还有另一个含义，就是人或者动物对于声音的感知，这当然不仅依赖于声音的客观性质，也依赖于人或者动物的存在。在这个意义上研究声音，就需要新的概念和新的理论。比如，我们熟悉的分贝是声音强度的一个衡量。首先用声压代表声音强度，它与参考值的比值的对数，再乘以20，就得到分贝。这里选择20微帕斯卡作为参考值，是参考了人类对声音感知的阈值下限。但是动物（包括人）对于不同频率的感知能力是不一样的，因此研究人员提出频率加权函数这个概念。对于不同的动物，采取不同的加权方法。这样就可以刻画不同生物感知的声环境，研究很多相关的问题，比如噪声导致听觉功能退化，不同动物的听觉能力的比较，听觉能力随着生物进化的变化，等等。

这就是一门叫做声生态学（acoustic ecology）的交叉学科。它与较传统的生物声学、生理声学的关注点又有所不同。

我们知道，声音是信息的一种载体。声生态学也从这个角度进行研究，比如动物如何通过发出声音向同伴传递信息，包括求偶、寻食、警示等等。 反过来，动物也从其他动物以及环境的声音得到信息，比如寻找栖息地的线索。这当然也就导致噪声对动物行为的影响。

所以，声环境对于生态系统非常重要。保证一个良好的声环境也就自然地成为生态保护的一部分。这方面有很多有趣的问题。读者可以从本期的专稿《我们周围的声音》中得到更多关于声生态学的介绍。值得一提的是，这篇文章的原文发表于《今日物理》（Physics Today），想必意在向物理学家介绍这个物理学家比较陌生的领域。

物理学是整个自然科学的基础，比较成熟，也催生了分子生物学等生物学分支，与它们已很好地结合。在继续深入研究传统的前沿领域（比如粒子物理、天体物理、凝聚态物理）之余，如果一部分物理学家转而开辟如声生态学这样的新的交叉领域，非常有意义，也很有趣。以物理学家的知识储备和研究能力，一定会给一些传统学科（如生命科学和医学中，尚未与物理学有很多直接结合的分支）带来新鲜和深刻的贡献。声生态学提供了一个范例。

在抗击新型冠状病毒肺炎之际，还可以探讨另外几个学科交叉问题。一是比较一般的问题，就是物理学家可以为这种传染病做哪些贡献。可以想到的有：宏观方面，可以用理论物理，特别是统计物理和复杂性科学的方法去研究传染病的规律，甚至结合现实的数据，对它的传播作出预测，探讨如何尽快消灭它。微观方面，除了帮助发展医疗诊断工具和研究手段（已有的例子是X射线，CT，磁共振，电镜等等），也有其他的努力方向，比如帮助发展更有效的病毒检测手段、急救技术（既有的例子是包括人工肺的体外膜肺氧合，即ECMO），等等。