Svítící zvuk

Může zvuk svítit? Nemůže, tedy ne přímo! Stejně jako strhaná struna nemá zvuk a slitý zvon hlas, nepřeje-li si to básník.

Je třeba náš nadpis upřesnit. Budeme mluvit o světelném záření vyvolaném akustickými vlnami v kapalině. Odborný název tohoto jevu je sonoluminiscence. Patří do skupiny na první pohled tajemných luminiscenčních jevů (slovo řeckého původu – luminiscence – by se dalo přeložit jako “zrození světla″). Světélkování látky – luminiscenci může vyvolat například její ozáření jiným světlem (to je fotoluminiscence, např. neviditelné ultrafialové záření u řady organických látek), průchodem elektrického proudu (elektroluminiscence) či chemickou reakcí (chemiluminiscence, která, pokud probíhá v živých organizmech, nese název bioluminiscence).

Sonoluminiscence byla poprvé pozorována ve 30. letech našeho století, avšak teprve nyní, po jejím zdokonalení a po dosažení tzv. jednobublinkové sonoluminiscence, začíná být prakticky využívána (Physic Today, September 1994, str. 22, Science et Vie, November 1994, New Scientist, 29 April 1995, str. 36).

Podstatou je jev nazývaný kavitace. Připomeňme nejprve, že akustické vlny jsou kolektivním pohybem částic hmotného prostředí. Atomy se při něm vychylují ze své rovnoběžné polohy a vytvářejí střídavě lokální snížení a zvýšení hustoty látky. Při kavitaci vznikají v kapalině dutinky naplněné plynem v okamžiku roztažení – zředění. Následné stlačení vyvolá prudké zmenšení jejich objemu a nakonec zhroucení – implozi. Protože dutinky mají kulovitý tvar, soustředí se v nich při stlačení energie akustické vlny. Dochází k ohromnému zvýšení teploty a tlaku a krátkému záblesku namodralého světla – sonoluminiscenci. Světlo je způsobeno uvolněním fotonů při kolizích atomů ve stlačené dutince. Přesné vysvětlení děje není známo, stále existují rozpory mezi teoretickými modely a experimentem.

Poslední výpočty naznačují, že při implozi rázové vlny vzniká pravděpodobně tlak až milion atmosfér a teplota dva miliony stupňů. To je poloviční teplota, než by bylo třeba pro dosažení termojaderné fúze. Není proto divu, že se vědci intenzivně zabývají možností realizovat termojadernou fúzi ultrazvukem ve směsi deuteria a tritia. I kdyby se to ukázalo jako nemožné, praktický význam ultrazvukových vln je již prokázán v chemii. Tzv. sonochemie využívá právě možnosti dosáhnout poměrně jednoduše vysokých lokálních teplot v kapalině k realizaci zajímavých reakcí. Lze tak například účinně čistit vodu od pesticidů a jiných škodlivých sloučenin, syntetizovat blokové kopolymery nebo biologické materiály ve tvaru mikrometrových sfér. Rychlé chladnutí žhavých dutinek (rychlostí až 10¹⁰ stupňů za sekundu) umožňuje výrobu amorfních kovů. Při rychlém ochlazení taveniny nestačí kovy vytvořit krystalickou strukturu na vzdálenost větší než několik stovek atomů. Takové amorfní – beztvaré struktury mají jedinečné elektronické a magnetické vlastnosti: amorfní železo je vynikající katalyzátor.

Vzhledem k nízké ceně mechanického zařízení pro generaci ultrazvukových vln (několik stovek dolarů) a neobvyklým vlastnostem sonoluminiscence a sonochemie, lze očekávat v příštích letech rostoucí zájem o tento obor.