《華爾街日報》：熱巧克力的誘人聲響

插圖：托馬斯·瓦倫塔物理學家海倫·切爾斯基探索日常現象背後的複雜科學。閲讀更多專欄請點擊這裏。

當仲冬的陰鬱籠罩着節日假期的最後時光，我發現寒冷與黑暗被一個補償性因素所抵消：熱巧克力季到了。我是個毫不掩飾的熱衷者，尤其因為我不常喝咖啡或茶，因此多年來我花了很多時間將巧克力碎片或粉末攪拌進熱牛奶或水中。你可能會認為融化碎片的版本在各方面都更勝一籌，但即使是最便宜的巧克力粉也有個小訣竅：僅憑聲音就能告訴你飲品何時準備就緒。

當你將粉末攪拌進熱液體時，金屬勺在杯內碰撞發出的叮噹聲非常熟悉。但試着從外部用勺子輕敲杯底。一旦倒入顆粒，音高就會下降，通常至少降低一個八度；然後在大約20秒內逐漸回升至原來的音高。這是一個戲劇性的變化，卻找不到可見的解釋。

第一個問題是這聲音究竟是什麼。攪拌時通常聽不到它，因為當勺子在杯內叮噹作響時，你主要聽到的是杯子本身，而杯子並沒有變化。你必須輕敲杯底才能聽到變化。這是瞭解液體內部發生情況的方法。

每次輕敲杯底，聲波會向上傳遞至液體表面，隨後向下反彈並在杯底再次反射。當聲波的波長恰好是液體底部到頂部距離的四倍時，會產生最強烈、最清晰的聲音，沿着飲品的深度上下回蕩。你所聽到的音高由聲波傳播速度決定。而巧克力粉中攜帶的微小氣泡——這些空氣囊泡在釋放時會干擾聲速。

無論氣泡存在於顆粒內部還是外部，關鍵在於它們的可壓縮性。眾所周知水難以被壓縮：即便潛入海洋最深處，10立方公里海水的巨大重量僅能將底部水體壓縮約5%。但只要在水中混入極少量氣泡，液體的可壓縮性就會驟然提升。

聲波在這種可壓縮水體中的傳播速度大幅減緩，因此聲音的傳播速度和音高都會明顯降低。當液體旋轉且顆粒溶解時，釋放的氣泡會上升至表面破裂，使液體逐漸恢復原有的高速傳聲狀態。這就是為什麼一兩秒後你會聽到音高回升——那些肉眼不可見的微小氣泡正在從杯中逃逸。待粉末完全溶解後，氣泡便很快消失。

出於好奇，我嘗試測量能產生的最大音高差：將速溶咖啡顆粒（原理相同）堆入一大杯沸水中，結果獲得了整整三個八度的音高變化。每個降低的八度意味着聲速減半，這表明由於這些微小氣泡的存在，聲速從常規的每小時3470英里驟降至八分之一，僅剩微不足道的每小時433英里。

當我們用粉末製作熱巧克力或速溶咖啡時，這種聲音速度的變化總是存在的。但你必須以正確的方式輕敲，才能聽到氣泡的訴説。我鼓勵你自己動手實驗。從此，製作熱飲將變得與眾不同。

本文曾以《熱巧克力的攪拌聲》為題發表於2023年1月14日的印刷版中。