Każda rzecz, każda istota w Kosmosie wibruje, drga. Wibrują elektrony, wibrują atomy, drży liść na drzewie, drgają krople wody w strumieniu wywołując drgania powietrza, które odbieramy jako szmer wody, bije w końcu nasze serce. Dlaczego wszystko wibruje, drga, przesyła energię w przestrzeń? Ponieważ każda rzecz, każda istota nosi w sobie wbudowaną energię, dzięki której wysyła swój sygnał na cały Wszechświat niczym operator radiowego nadajnika tęskniący za kontaktem z innymi istotami. Każda myśl, jaką kiedykolwiek mieliśmy, każde słowo, które kiedykolwiek wypowiedzieliśmy, każdy uczynek, jaki kiedykolwiek popełniliśmy zabarwia ten sygnał i kształtuje energię, jaką wysyłamy. Każda komórka, każdy organ naszego ciała ma swoje wibracje i swój ton. Żywe komórki mogą wydawać dźwięki i je pochłaniać.
Pod wpływem dźwięku – czyli fali akustycznej – dochodzi do powstawania zjawiska sonoluminescencji. Jest to zjawisko powstawania fal świetlnych w cieczach poddawanych działaniu dźwięków (zwłaszcza ultradźwięków). Ultradźwięki – są to fale posiadające te same cechy i własności co fale dźwiękowe, różnią się od fal dźwiękowych częstotliwością. Górną granicą dla fal dźwiękowych jest częstotliwość 20 000 Hz, natomiast dla ultradźwięków jest to dolna granica, czyli tam gdzie się kończą fale dźwiękowe jednocześnie zaczynają się ultradźwięki. Są to fale nie słyszalne dla człowieka, można je określić jako piski tak wysokie, że ludzkie ucho nie jest w stanie ich zarejestrować.
Luminescencją, a po polsku po prostu jarzeniem, nazywamy świecenie substancji zachodzące pod wpływem różnych rodzajów energii z wyjątkiem cieplnej (wysokiej temperatury). Z tego też powodu luminescencję nazywa się też czasem zimnym świeceniem. Zależnie od rodzaju dostarczonej energii i od mechanizmu świecenia luminescencję dzieli się na rodzaje: fotoluminescencja, elektroluminescencja, elektronoluminescencja, krystaloluminescencja, tryboluminescencja, chemiluminescencja i sonoluminescencja. Istotą zjawiska jest wzbudzenie elektronów pod wpływem pochłaniania energii, następnie elektrony powracając na niższe orbity emitują fotony, czyli cząstki światła. Zjawisko powrotu elektronów do stanu podstawowego nosi nazwę rekombinacji. Z kolei substancję wykazujące takie właściwości zwiemy luminoforami.
Sonoluminescencja – Star in a Jar (gwiazda w słoiku) to słabo zrozumiane zjawisko fizyczne polegające na emisji fal świetlnych w chwili zapadania się pod wpływem ciśnienia akustycznego bąbelków gazu zawieszonych w cieczy.To zjawisko świecenia cieczy wywołane działaniem ultradźwięków, występujące w szczególnych warunkach przy kawitacji akustycznej. Zjawisku kawitacji towarzyszą liczne zjawiska wtórne natury mechanicznej, termicznej i elektrycznej. Do zjawisk tych należy m.in. sonoluminescencja. Jest to zjawisko fizyczne polegające na emisji fal świetlnych w czasie kawitacji akustycznej, czyli uproszczając, na bezpośredniej przemianie dźwięku w światło! Pomimo, że przyroda potrafi wykorzystać to zjawisko w niewiarygodny sposób (krewetka pistoletowa atakując wytwarza bąbel kawitacyjny, który osiąga temperaturę powierzchni Słońca, a kiedy się zapada wytwarza światło oraz hałas o natężeniu 218 decybeli) to człowiek nie potrafi odpowiedzieć jednoznacznie na pytania o mechanizm sonoluminescencji. Jedna z teorii próbujących go tłumaczyć sugeruje powstawanie plazmy wewnątrz bąbelka, inna, idąc jeszcze dalej, tłumaczy to zjawisko syntezą termojądrową. Zjawisko sonoluminescencji może być wykorzystane do wzbudzania innych cząsteczek do fluorescencji, a w przyszłości może znaleźć zastosowanie m.in. w medycynie.
Kawitacja (łac. cavitas – jama) to powstawanie w cieczy pęcherzy próżniowych wypełniających się parą. Jest ona wywołana lokalnym spadkiem ciśnienia poniżej ciśnienia wrzenia, przyczyną spadku ciśnienia może być lokalny wzrost prędkości (w przewężeniu przewodu, w zaworze itp.) bądź też rozchodzenie się fal ciśnienia (np. podciśnienia wywołanego inercją cieczy przy nagłym zamknięciu zaworu, ruchu skrzydeł śruby napędowej). Pęcherz kawitacyjny szybko zanika (w czasie rzędu ms), jednak energia kinetyczna cząsteczek cieczy, generowana w procesie zamykania pęcherza jest wystarczająco duża, by spowodować uszkodzenia mechaniczne ograniczających powierzchni metalowych tzw.erozja kawitacyjna akustyczna. Powszechnym zjawiskiem jest wywołane kawitacją „buczenie” w rurach domowej instalacji wodnej. Powstawanie pęcherzyków próżniowych w cieczy może być również wywołane rozchodzeniem się fal akustycznych wysokiej częstotliwości tzw. ultradźwięki.
Kawitacja akustyczna stanowi podstawę większości technologicznych zastosowań ultradźwięków i powoduje m.in. rozbijanie i dyspergowanie ciał stałych, emulgowanie cieczy, czyszczenie, inicjowanie i przyspieszanie reakcji chemicznych – sonochemia oraz często towarzyszy jej świecenie – sonoluminescencja.
Zjawisko świecenia cieczy pod wpływem ultradźwięków towarzyszące kawitacji akustycznej i reakcjom sonochemicznym, natężenie świecenia i widmo sonoluminescencji zależą od natężenia i częstości ultradźwięków oraz od domieszek chemicznych i gazów rozpuszczonych w cieczy.
Pojawianie się słabych, niebieskich błysków światła w cieczach pod wpływem ultradźwięków zostało zaobserwowane przypadkowo po raz pierwszy w 1934 r. na Uniwersytecie Kolońskim podczas prac zmierzających do przyspieszenia procesu wywoływania klisz negatywowych. W 1989 roku pomyślnie uzyskano zjawisko sonoluminescencji pojedynczej bańki gazu przez wytworzenie fali stojącej w naczyniu doświadczalnym, co pozwoliło na rozpoczęcie systematycznych badań nad tym fenomenem.
Przy odpowiedniej dozie staranności, sonoluminescencja może być z powodzeniem odtworzona nawet w amatorskim laboratorium, co pozwoliło na dokładne zweryfikowanie wielu właściwości fizycznych tego zjawiska. Ustalono między innymi, że emitowane błyski są bardzo krótkie (zwykle do kilkuset pikosekund), mają moc ok. 10 miliwatów, emitowane są w chwili, gdy bąbelek ma średnicę ok. 1 mikrometra, a większość energii emitowana jest w paśmie ultrafioletu.
Dokładny mechanizm sonoluminescencji nie jest jednoznacznie określony. Nie wykazano też, czy proces związany jest z chwilowym powstaniem szczególnie wysokich i przez to interesujących dla fizyków temperatur wewnątrz bąbelka. Niektóre zespoły badawcze sugerują, że może ona sięgać milionów stopni, inni kwestionują te wyniki. Jedna z teorii próbujących go tłumaczyć sugeruje powstawanie w tym czasie plazmy. Niektórzy idą jeszcze dalej – jeśli plazma to i fuzja termojądrowa, czyli reakcja, która jest źródłem energii Słońca i wielu innych gwiazd. Reakcja ta polega na łączeniu się dwóch lżejszych jąder atomowych w jedno cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości energii. A tanie źródła energii to właśnie to, czego tak intensywnie szuka się od lat. Jednak do takiej syntezy potrzeba temperatur rzędu milionów kelwinów. Czy rzeczywiście aż takie są osiągane w wyniku kawitacji akustycznej? Jeśli tak, w połączeniu z wysokim ciśnieniem rzeczywiście stwarza to warunki umożliwiające reakcję syntezy. Jednak środowisko naukowe podchodzi do wszelkich rewelacji związanych z reakcjami termojądrowymi z wielką ostrożnością.
Źródło: zdjęcia własne oraz Internet, tekst na podstawie: pl.wikipedia.org , www.vmc.org.pl , www.encyklopedia.pwn.pl , PhysOrg , laborant.pl , naukowiec.org/wiedza/fizyka/ultradzwiek , biomist.pl/chemia/artykuly/