目錄

• 簡介

• 主持人致辭

• 主旨報告

• 沈建中：聲學基礎研究--聲空化研究的回顧和思考

• 討論與交流

• 主要專家簡介：

• 展開

【簡介】

聲空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動，當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。氣泡的壽命很短，它在急劇崩潰時可釋放出巨大的能量，并產生速度很高、有強大沖擊力的微射流，在急劇崩潰的瞬間產生局部高溫高壓。聲空化導致的極端條件研究十分重要，但是目前研究還很不充分，理論模擬與現實實驗有較大的差距，是目前聲學基礎前沿問題。

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【主持人致辭】

蘇媛：首先，感謝各位專家、老師和同學們參加本次老科協聲學所分會舉辦的沙龍活動。今天我們討論的主題是聲空化作用和作為聲學基礎研究前沿問題目前的現狀和存在的困難，由我們分會理事長沈建中老師作主旨報告。下面有請沈建中老師！

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【主旨報告】

沈建中：聲學基礎研究--聲空化研究的回顧和思考

今天我的報告題目是《聲學基礎研究》，通過回顧我們過去進行的聲空化研究工作，一方面提出如何開展進一步研究的新思路，一方面歸納出聲學基礎研究遇到過什么困難，如何解決困難，該怎么進行。我自己的想法，沙龍報告和科技報告是有所區別的，科技報告要具有很強的科技性，而沙龍就可以放開一點，可以自由地討論一些問題。所以大家如果覺得我講的有問題，可以隨時提出來，我們進一步討論。報告結束后，我們也安排了專門的討論環節，討論的內容也不局限于報告，可以擴展。

在職期間，對于聲空化研究，我做了很多工作，有一點感想跟大家談一談。對于基礎研究來講，怎么進行，困難在什么地方，是不是還要繼續？為什么提是不是還要繼續呢？我是有點擔憂，可能會中斷。也聲明一下，本報告的部分內容來自于網絡。

大家知道聲學主要研究什么？我們人有五大感官，聲學是人類最早研究的物理現象之一，它可能比所有的東西都研究得早。但是它雖然研究很早，但仍有很多問題，下面要講某幾個到現在還沒解決的問題。另外聲學的概念特別廣泛，它的研究和應用無處不在，在工、醫、生、農、商、學、研等應用領域都有涉及，而且也在不斷開拓新的領域。我們對于聲學的研究非常廣泛，可以說是上天入地下海，甚至于登頂；最后是關乎人類自身，我們對聲音的感受，人與人之間的交流，用音樂來治愈病痛等等?？偠灾?，聲學無處不在。

從我的理解，聲學大概分以下四個方面：

1） 作為自然科學，聲學主要研究聲波怎么產生、傳播、接收和聲的效應；

2） 作為技術學科，聲學在通訊、測量、處理、加工等方面影響很大；

3） 作為工程學科，聲學在建筑、武器、水下定位與通訊、地下資源勘察等等領域，應用廣泛；

4） 作為藝術來講，聲學涉及到藝術、音樂等等。

一直以來對于聲學基礎研究就有很多方面，主要可以分為兩大類，一個是與各個學科對應的基礎研究，還有跟重大應用相應的基礎研究?；A研究往往是不帶有目的性的，它是一種發現，通過探索來發現新的東西。他是有可能失敗的?；A研究的另外一個功用是解惑，比如對一個東西有疑問，我們通過基礎研究，來解決這個疑問。舉個例子，海水為什么是藍的？這個問題大家都有疑問，最后拉曼把它解決了。

我今天講的問題牽涉到一個小的范圍就是聲與物質的相互作用中，聲空化和聲空化的效應。

對于聲空化的研究，并不簡簡單單的是為了應用，主要目標是探索未知世界，未知才更加神秘。未知世界首先是物理學基本規律。聲空化因其自身特點可以在一個小范圍內創造極端條件，比如高溫、高壓、高速變化等。研究的目標就包括探索聲空化能夠達到什么樣的極端條件。但是對于極端條件的測量和最大價值化的應用，都是很困難的事。研究的另一個任務就是開拓對于這樣的極端條件的測量方法和技術。

我這里簡單地講一下什么叫做聲空化。

聲空化發生在液體當中。液體當中一個微小的氣泡，微小到納米級的，幾個納米、幾十個納米，在超聲波的作用之下它會發生振蕩、生長、收縮、崩潰等等一系列動力學過程，我們把這個過程叫做聲空化。聲空化指氣泡在聲的作用下，體現為膨脹，收縮，再膨脹，再收縮，周期性增長和收縮，或者非周期性增長和收縮，最終崩潰的一個過程。這個過程有一個特點，這個氣泡的壁在收縮的時候，它是以超音速來收縮的。音速在水里面是每秒1500米，它能達到超音速以幾千米每秒的速度來崩潰，這個過程會產生高溫、高壓、強電、發光等等現象。這些現象如今已經廣泛的應用在我們的工業上、生活中。

我們過去的研究就是希望來探索這個問題。

過去建立的理論模型有一種是單一的氣泡，只研究一個氣泡。相對而來的問題是怎么消除別的氣泡，只保留一個，并將其穩定住。另外一種理論模型是多泡，即一群氣泡。多泡比單泡更加復雜，因為泡與泡之間還會發生相互作用。

空化有兩種，一種叫做穩態空化，一種叫做瞬態空化。穩態空化就是氣泡的運動隨著所加載的聲做重復的、周期的變化，聲一停它就停了，聲不停它就不停。瞬態空化是氣泡在聲的驅動下，急速地變大變小，最后在聲壓的作用下，急速地塌縮變小，直至潰滅消失。瞬態空化更加重要，研究起來更加困難。

影響聲空化的因素很多，這些因素可以用一些空化參數來研究。空化核，是指產生空化氣泡的種子。與空化核有關就有許多參數?？栈说臄盗?、大小和大小的分布；空化核的內含物是什么，等等。另外是空化閾值，聲壓低了是不會空化的，聲壓大到什么程度才能空化，剛剛能引起空化的聲壓就是空化閾值。還有空化的動態，空化時怎么變化的過程?？栈膭×页潭?，如何來描述？這個基本問題到現在為止還沒有解決。有人提出用‘空化強度’這個量，我認為空化強度這個名稱現在是打問號的，值得討論的，并且需要進一步地研究，我在下面再展開講這個問題。

這是我們已經完成的研究，我們觀察一個氣泡，觀察到一個單泡發光，聲致發光，它不是化學的發光。有一種發光，比如咱們的手表、鐘表上面涂了一層螢光物質，用光照射后，放在黑暗的地方就發亮，這種叫做螢光。這是化學的發光。在液體里放一種螢光物質，遇超聲波能夠發亮，這也是化學的發光，我們不研究。我們研究物理的發光，一種可以持續不斷的光。聲致發光發出的是超短波長的光，一種藍色的可見光。有的人藍光色盲，有的人藍光不敏感，這些人就看不見，你能看見就說明你的眼睛很好。

這種情況下發光狀態雖然只能持續幾十皮秒，非常短，但它是在連續發光，所以你能夠看見這個光。

我們通常的解釋就是因為氣泡內部極端的高溫和高壓，產生了沖擊波和等離子體區，所以產生了光。

圖1

氣泡聲致發光如圖所示。氣泡外面是水。這個氣泡在超聲波的作用下，一會變大一會變小，氣泡里的小黑點代表氣體里的分子和原子。圖中標尺的長度是0.2微米。氣泡在塌縮到一定程度時就發出光。

再解釋一下氣泡的潰滅。氣泡的潰滅與氣泡的破滅是完全不同的過程。氣泡的潰滅是指氣泡由大變小，最后變沒的過程，這不同于氣球由小到大最終破滅的過程。破滅產生不了高溫、高壓，只有潰滅才能產生高溫、高壓。我們講氣泡的潰滅，有的人叫湮滅，有的人叫塌縮等等，這是學術上的不同說法。

圖2

再看圖2，這個泡在變化的時候，最典型的形狀很像蘋果，完全不是球形，而是中間呈凹陷狀。在水里面大致就是這個形狀。

圖3

當氣泡靠近容器壁時，氣泡的形狀會持續變化，變到后來長出一個尾巴，像錐子一樣，錐子尖指向容器壁。這是氣泡典型的形狀，如圖3所示。通常人們會認為氣泡是一個球，但現在看來并非如此。首先，這個錐形是非常尖的；第二，它是非常有力的，呈向外噴射狀。它碰到固體的邊時，會打擊出一個小窟窿、一個麻點，所以超聲波作用時間長了以后，固體的邊和拋光的面就會變毛。正因為這個力量是非常大的，作為超聲清洗的機理之一，即超聲波可以清洗骯臟的油、污漬等等。它的條件是一定要靠近固體邊，就是氣泡和固體邊相互作用。所以通過這兩張圖，我們能看出來，空化氣泡里面研究的學問是很深的。

大致來說空化有幾個特點，具體研究的時候數據會根據實際情況有所變化。

空化能夠產生兩種聚焦：空間域聚焦與時間域聚焦。紀念應崇福院士誕辰一百周年的時候，陳偉中教授報告講了這個問題。空化氣泡的空間域聚焦，氣泡由大變小，一個微米大小的氣泡可以變到納米，變到分納米，從10-6變成10-10，因此它的壓縮是104量級。空化氣泡的時間域的聚焦，我們的超聲波用的是20kHz，50個微秒的周期。但是到了發光的時候，是飛秒的量級，從10-5變到10-15，因此它的壓縮是1010量級?？臻g加上時間的聚焦其可以達到1014量級，這是百萬億倍的壓縮，因此它產生了極端的高溫，產生一個熱點，在水里面產生很熱的點。這個熱點的功率密度非常大。這導致極端的高溫、高壓，爆聚式沖擊波，高溫離子體，很強的電場等等。強的電場有的研究者發現了，有的研究者沒有做出來。像這類事情還得考慮怎么做。

一般來說，在假設各種條件以后，理論模擬溫度可以達到 到 ，就是1百萬到1千萬度，和太陽表面的溫度相同或者比之更高，因此有的人提出來用超聲空化可以激發核聚變，因為它達到了核聚變所需的條件。

很麻煩的一個事情就是，溫度從室溫上升達到上百萬度，是在非?？斓臅r間內完成的，其變化速率超過 到 。這是極高的速率。到目前為止，這樣高速率的變化高溫的測量實際上是沒有人能夠做到的。

分析氣泡的運動，過去一般就是用Rayleigh-Plesset方程，通過在方程中不斷地添加修正項，使之更加接近實際情況。修正項包括氣體的性質、液體的性質、溫度、環境、材料等等，也考慮了液體的黏滯和液體的表面張力。RP方程到現在為止，好多人還都在用，但有待進一步的改進。

聲學所歷史悠久，最早是汪承灝院士做這方面的研究。在院士們的帶領下，聲學所取得了很大的成績。這里展示兩種產生氣泡的實驗設備，一種設備我們起名叫做剎管法設備，用一個彈簧懸掛起一個裝水的玻璃管，將玻璃管往下拉，而后松手，彈簧就把管子拉上來，走到上面被一個限位裝置阻擋，就突然剎車了，這一剎車，里面的液體就被拉開了，產生氣泡。這個氣泡是瞬間的，瞬間由小變大再由大變小就沒了。這個剎管法是研究單一氣泡的方式，叫做瞬態的單一氣泡，從這個氣泡的運動變化發現了剛才講的發光等等現象。這個氣泡發出的光脈沖極其短暫，用儀器才能記錄下來。

另一個設備沒有起名字，是我們在研究過程中自己做的一個東西，就是研究穩態氣泡的設備。這設備是一個復雜的總體系統，包括聲懸浮系統、氣泡產生器、聲學監測系統、測試系統、同步系統、穩定系統和輔助系統。設備的關鍵裝置是一個充水的玻璃圓柱，圓柱底部貼有超聲波換能器。圓柱里面有兩個導線，突然給它施加電壓并短路，這個導線發生高溫，燒出很多氣泡。超聲波換能器從圓柱底部向上發出超聲波，經過圓柱頂部的反射板反射，由聲波干涉產生聲陷阱，就把氣泡給陷住了。因此我們可以在聲陷阱中逮住一個小氣泡。這個小氣泡是幾微米大小的，在超聲波的作用下不斷地振動、變化，最后發出一個藍光。在暗室里可以看見，這是穩態發光。瞬態發光，因為速度過快，肉眼不可見，只能用儀器記錄。而穩態發光我們是可以用肉眼看見的。

測量氣泡的大小由測試系統完成。我們使用非常傳統的方法，物理學叫彌散射方法。我們也試圖用高速照相的方法觀察氣泡的運動。在那么遠的距離看這么小的東西，需要具有遠距離的顯微功能的設備，這個顯微鏡很難找。通常，顯微鏡的觀察距離是一毫米左右。望遠鏡可以看很遠但是不能顯微?？梢姕y量技術要求非常高。

瞬態發光的時候，發光的光脈沖很強，每一個周期它都會發光。氣泡越來越弱，光也越來越弱。

一個問題是實驗結果和理論預測的差異很大。另一個是強非線性不容易穩定，它根本不是平衡態，甚至我們對溫度的概念已經產生疑問了。什么叫溫度？溫度大家都說是平衡態的內能的表示，而我們是高速的非平衡態，這在物理學上是個挑戰。氣泡雖然很小，內部的分布是具有很可觀的不均勻性。內沖擊波理論，受影響因素太多，駐波、氣泡大小等等，對結果影響很大，對我們測量也是很大的問題。

這些問題表明，現在的研究有待深入或繼續。怎么深入、怎么繼續是個值得探討的問題。

過去的理論研究就介紹到這，下面講講空化的應用。

先講一個應用，該應用跟本文講的聲空化沒有關系。通過某種方法，使在水下兵器的四周產生大量空化氣泡，水下兵器被空穴包圍了。水下兵器變成在空氣中發射的狀態，而不是在水里發射，阻力大大減小，使其速度非常之快。

另外一個空化應用是探索性的，叫做聲致核聚變。聲致核聚變可用于可控核聚變。什么叫做可控核聚變呢？我們知道原子能是非常厲害的，我們知道核彈和氫彈，原子能發電。核彈和氫彈是沒有控制的。原子能發電應用的是可控核裂變。但是，核聚變，就是低原子量的原子合并成大原子量的原子，同時大量釋放能量。核聚變比核裂變厲害得多，氫彈比原子彈厲害得很多。但是，核聚變目前來講不可控，持續的核聚變要么不發生，要么發生就是核爆炸。科學家在1955年的時候提出規劃，要在50年內實現可控核聚變。1955年到現在，50年的期限已經過去很多年了，可控核聚變卻遠遠沒有實現。這個案例表明，科學問題不是可以用規劃來解決的。我們進行的聲致核聚變探索研究，最終失敗了，其相關研究也基本上終止了。聲致核聚變，有悖于正統的研究可控核聚變的道路。聲致核聚變，究竟在物理原理上講是行不通的，還是尚有一線光明？

對此，近來有一點想法?？赡芎芏嗬贤径忌^煤球爐，用火柴點煤球爐能點著嗎？點不著的，必須引火。先燒紙、紙燒木片，燒著木材，木材再燒煤球，這就是引火，就叫做逐級點燃。用紙、木頭、煤逐漸點燃。我們聲致核聚變，能不能也用這個道理？這是一個思路。

另外一個思路，來自BBQ。我曾經在美國接觸到BBQ。BBQ就是到公園里生起煤火烤肉，野餐。用于BBQ的煤球用打火機一點就著了。為什么他的煤球用打火機就點著了？因為這些煤球實際上是混合燃料，引火材料已經均勻地混合在煤球中間了。所以將來如果我們要去搞聲致核聚變，我們也可以發展混合燃料。為什么我們要實現可控核聚變呢？因為可控核聚變有兩大好處：第一，核燃料在海里面大量地存在，成本很低，就是所謂的氘元素。第二，它聚變以后很少產生核廢料，不污染環境。聲致核聚變研究，其所需要的經費雖然很大，但是與耗資巨大的托克馬克等研究相比，其費用幾乎是可以忽略不計的。在一些研究新思路的指引下，聲空化導致極端物理條件的研究應該繼續進行。

為應用目標，聲空化基礎研究，是要繼續搞下去?；A研究要實現一個目的，就是在理論上、在實驗上能夠做到，聲空化究竟能達到多高的溫度、多高的壓強、有多大的作用范圍。這個研究我們前面做了，但是沒有做到底，原因很簡單，缺少相應的經費。

下面講講我們基礎研究的艱難，艱難問題主要包括四個方面，一個是立項困難，一個是維持困難，一個是轉化困難，最后一個是人員缺少，就是這四大方面。

立項困難是根本性的。這主要來自三個方面：目標不明確、成敗難預測、投入產出比不確定。目標不明確，是研究目標難于明確。你做基礎研究，你搞應用研究，就像剛才說的我們要做聲致核聚變，那么基礎研究你是研究什么？你能做到什么？成敗難預測，聲子的能量那么低，怎么能夠引發核聚變？失敗的可能性是很大的。投入產出比不確定，人家問我，給你一百萬，你能做出什么來？你能發表幾篇文章？我確實無話可說。學術界有不同的看法是常規現象。但是，由于這些原因，就難以說服評委們，特別是難以打動科學大咖們。這里，順帶說一句，考核確實需要定量化，但是過于看重定量化，過于看重功利，我認為是不科學的。特別是，對于探索性的研究是有阻礙的。

在我們的聲空化研究項目立項時，發生過一件很有意思的事情。我們得到了一張光碟。這是美國好萊塢拍的一個科幻反間諜電影的光碟。電影的大意是，美國實現了聲控核聚變，建立了聲控核聚變發電站。北京的科學家到美國去盜竊該項科技成果，最后被美國特工破獲和挫敗。這張光碟對我們立項起到了促進作用。

科學研究，特別是基礎研究，不應該是功利的。舉一個國際上的例子來說明這個問題。麥克斯韋方程組是麥克斯韋在1865年提出來的。如此漂亮的一個表達，直到現在，我們還跳不出他的圈子，沒人超越。然而，麥克斯韋實施這項研究，沒有應用目標、沒有功利、不為獲獎，實際上也沒有獲獎，他只管研究。麥克斯韋方程組影響深遠。馬可尼利用麥克斯韋方程組預言的電磁波，應用電磁波實現無線電通訊，這影響到我們每一個人，我們的手機、我們的電視、社會的通訊都是利用無線電波。過了四十年，1909年，馬可尼得了諾貝爾獎。無線電通訊這個實際應用是建立在麥克斯韋方程組這個基礎研究成果之上的?；A研究是一個基石，不能夠放棄。我們放棄了，人家就會前進。誰能搞出來都是好的，對整個人類是有好處的。

下面舉一個例子說明聲空化研究立項的困難。在聲空化的研究和應用中，有一個很基本的問題，就是如何表征聲空化的劇烈程度。聲學中有一個最基本的量，聲強，它用于表征聲場的強弱。自然而然地，人們試圖用‘空化強度’來表征空化場的空化的劇烈程度。到目前為止很多人在用空化強度這個概念。然而，‘空化強度’，如何定義？如何測量？沒有人能夠說清楚。

最早發現這個問題是我們搞超聲清洗的同事提出來的。人們公認，超聲清洗機理是超聲空化。超聲清洗設備的超聲空化指標要做成什么樣才好？從理論層面來講，就是需要一個或一些表征聲空化的劇烈程度的物理量。然而，問題不那么簡單?？栈奈锢肀举|是非線性的、不單調的，影響空化的因素多，空化的效應多，所有這些使‘空化強度’具有不確定的意義。最簡單的，是不是空化泡越大越好？是不是泡越多越好？是不是泡大的小的呈某個比例比較好？這三個都是可以測量的，就是彌散射的測量。測出來的東西，結果發現跟空化的環境、空化的液體、大氣壓等等很多因素有關。它們不能確定地用來定量地表征聲空化的劇烈程度?？栈男?，使用不同的效應表征空化場所得到的結果互相并不一致。選哪種效應來確定強度難以抉擇。空化場還有空化屏蔽效應，前面的空化場把后面的空化場屏蔽掉了，這使得出現聲強高了空化場反而弱了的現象。所有這些都表明需要進行如何表征空化場的空化劇烈程度的基礎研究。然而，問題是誰給經費來研究？能給多少經費來研究?

讓人為難的事情是：從文字字面的角度，空化強度，這個問題太簡單了，太基本了，難道還需要經費投入去研究嗎？從應用的角度，他能夠產生多少效益，難道還值得投入經費去研究嗎？從管理的角度，希望急功近利，要求短平快，能夠實現從這項研究中獲利嗎？特別是，學術界對于問題的認識還有不同的看法。如何能夠打動專家們、大咖們、管理者們，是一個大難題。立項困難由此可見。

基礎研究的第二個艱難問題是維持困難。這主要是經費短缺。實驗需要用一種材料叫做氘化丙酮，氘化丙酮它是以毫升來計的，一毫升320元，買一升就要32萬元，我們的實驗裝置是裝兩升，那就要70多萬。另外丙酮一打開蓋就蒸發到大氣里去了。不要說對人體有害，錢就這么蒸發掉了。所以要做實驗，就必須得有大量的錢來維持這個問題。維持費用很困難，特殊要求的設備，這個設備也是比較貴的，要做，一個是能不能做，一個是很貴，所以維持很困難。

第三個艱難問題是轉化困難，本身能有什么成果都不知道，有了以后怎么轉化也不知道。另外成果可能很超前，現在根本用不著，另外就是要轉化成果，可能需要很多裝置，因此轉化也很困難。

第四個艱難問題是人才短缺。這個問題更加重要。它需要高端的專業人士來做研究。什么是高端？我們都是站在巨人的肩膀上來做研究，咱們都喜歡說這句話。但是巨人的肩膀你要能夠先爬上去，巨人的肩膀你都爬不上去，怎么行？你要有爬得上巨人肩膀的人來做這件事情，所以要有高端的人才。然而，高端的人才只能拿最普通的老百姓的工資，他的薪資水平很低，那么這樣就很難維持。此外，探索性的研究不一定能成功，他沒有希望，他有失敗的風險。這些原因使能夠長期堅持的人才很少。因此我覺得要搞一個穩定的科學隊伍，對我們來講是非常重要的事情。

我這里引用愛因斯坦的話，他說：“發現一個問題遠比解決一個問題更為重要。”我們需要高端人才來發現問題，組織一支高端人才的隊伍來解決問題。

下面我講一講跟聲學相關的諾貝爾獎在哪？聲學學科很小，不起眼，但是，聲學研究是能夠攻入諾貝爾獎的陣地的。這是我一家之言。我覺得，一個是聲空化的研究和應用，超聲學如果在這里弄出點名堂來，這是很厲害的；還有一個就是在人工智能上，語言聲學，解決聲的奧秘，解決人跟計算機的關系；還有生理心理聲學，從聲學入手突破人腦活動機理研究的瓶頸，這個已經有兩個人證明了，一個是奧地利的學者，一個是美國的學者。他們都是研究聲接收和人的關系，他們獲得了諾貝爾獎。

最后講講今年的諾貝爾獎。突然公布光學鑷子得諾貝爾獎了。我雖然有些納悶，但不管怎么說他已經得了諾貝爾獎了。光學鑷子就是用光學的辦法形成三維勢阱，把微粒固定在那里。它的方法就是用大的透鏡把激光聚焦，聚焦在焦點的位置。這個是一九七幾年開始做的工作，這個工作出來以后發現有很大的問題，但現在沒有宣傳這個問題，就是激光的能量太高了，聚焦以后能量密度就更高了。他要搬用的是細胞，這個細胞就給殺死了，很可能你看到的細胞是死掉的細胞。為此，研究開發了聲學鑷子，是美國賓州大學最早提出來的。用兩束聲表面波形成干涉場，干涉場里面形成很多勢阱，可以把微粒固定在勢阱里。它和光學鑷子比較，因為聲能量很低，聲學鑷子對細胞不會破壞，不會損傷細胞。這是最重要的。此外，光學鑷子只能處理一個，聲學鑷子可以處理一群。聲學鑷子還有很多優點，它的能耗很低，設備體積很小。

謝謝大家！

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【討論與交流】

桂文莊： 我在局里工作的時候就聽說你們在做聲空化這方面的研究，對聲空化做了一些簡單的了解，知道這個很困難。今天聽了你的報告，第一次對這個事情有了比較全面的了解。我主要想請教以下兩個問題。第一個問題是我們預測聲空化可以達到 到 的溫度，那么這樣的一個溫度對于核聚變到底夠不夠呢？現在還沒有實驗能夠證明或者測量出來到底達到多少，第一步是不是要優先考慮把這方面搞清楚，這是我個人的一個想法，不知道考慮的對不對。第二個問題是你剛才說空化的氣泡尺寸可以到分納米，到分納米就是一個埃，幾個埃的尺度，這已經到原子尺度了，到原子尺度，它的效應是不是應該顯示出有量子效應的出現？對于這些問題過去有沒有考慮，或者現在有沒有考慮？

沈建中：我講的報告就是這個意思，對聲空化的研究，過去就是我們得到了資金，也得到了很多的支持。那么這個支持，它不用提一個應用背景，這就不好辦了，這個問題到現在，我為什么說要繼續呢？我進一步研究就是回答到底達到多少這個問題。

有一個美國人提出來，后來發表一篇論文，發表這篇論文編輯拿不定主意，不知道對不對，編輯猶豫再三，征求了很多人的意見，大部分人說不能發。他想這是新東西，說不能發的人不見得能了解這些事，他還是發了，一發就引起轟動。引起轟動以后，我們這邊才給的資金支持，電影是插曲之一。結果有了資金以后，美國那邊開始說你做了，我們重復不了。最后就說他學術造假，后來他到普度大學去，普度大學發表聲明說他沒有造假。所以我覺得科學是完全存在這種技術問題的。

講一個小故事。研究某種新材料，有些人跟著老師研究了一輩子也沒做出來，老師退休了。他們三個人按照老師的資料，忽然做出來了，并且因此而提了局級干部。但是以后的試驗又失敗了。因此技術問題常常會有不確定性因素。那么到目前為止為什么測不出來？我覺得要發展一種測量高速變化的物理量的實驗手段，但是這個實驗手段需要巨大的資金支持，所以聲空化的研究局限在這么小的范圍之內，因為它這個范圍就是微米、納米級的，這些東西都只是假設的，理論上的，實驗上能不能做到，實驗上能不能測量，一直是個問號。對這些問號如果能夠研究，那么也許會有突破，但是也許不能突破。所以到現在為止沒有資金支持是原因之一，沒有資金支持不能說對還是不對，只是說做這個事情很困難。

到目前為止，這些數據都是有問題的。有一個物理假設，關于泡在變大變小的過程當中有沒有物質傳遞？泡在變小的時候，里面的氣體可能有水蒸氣，水蒸氣跑出去了，氣泡里的東西少了。水蒸氣跑與不跑，計算出來的溫度差很多。假定氣泡里的東西跑與不跑都需要理由。究竟跑了沒跑，這里面就需要進一步研究。

他們和上海應用物理所合作，發現單靠聲空化是不能夠引起核聚變的。但是它在核聚變的時候，你把聲加上去之后，它的效果會加強，起到輔助作用，它是做到了這一點。后來他們有沒有發表結果，我不知道，我就沒有看到文章，但是有輔助作用。起個輔助作用，能夠降低條件，也是一個很大的好處。現在激光點火，點到現在也點不起來，它也有這個問題。

到目前為止也沒有證明它能夠引起核聚變，數據上的可能性，咱們所的錢教授寫了篇文章，他說的溫度比我們說的溫度還要高四個數量級。不同的理論假設，他是咱們聲學所最大的理論家，他寫了一篇文章，他寫文章的時候，他有好多前提假設，這個前提假設能不能滿足都要打問號了。但是作為理論分析，我假設以后就可以在下面算的，是這樣的，算出來的結果比普通的溫度還要高。還有熱容量，時間很短，激發很小，總能量不夠。點火，我點不了你，可以點它，先點紙再點木材再點煤球，這種有希望的應用不要輕易放棄，后面講的是怎么應用的事情。

超高速的物理量的變化，這個測試設備現在要發展也是很困難的，只能夠通過它的效應、通過它的結果來反推。所以這個也需要很多的研究。但是怎么研究？不光是資金的問題，研究方向通過什么來研究還是要探討。

桂文莊：高速相機是否可以達到要求，有沒有可能有一些技術可以達到？

沈建中：不可能，先我以前了解的水平，國際上最高的水平超快速度的檢測是 ，就是變化率是 ，我們現在可能超過 的變化率，它反應不過來了。另外就是他們現在的高速相機，對我們聲學上幾乎沒有作用，舉個例子來說，每秒1百萬張的高速相機，一張照片是一個微秒間隔。如果一千萬張，是0.1微秒。這種現象它的發光的結構是飛秒級的，差五個數量級，就捕捉不到。可能拍一千張照片，也拍不到一張有用的照片。而一千萬張的高速相機很難做到，能做到也十分昂貴。

所里給我們30萬的資金支持，買了一個高速相機，每秒鐘10萬張。這個高速相機在拍10萬張的時候，只有64個像素。速度高了以后相片縮小了，最后就拍成一小塊，拍也拍不清楚。拍到百萬張的時候，這個相片要拍得很大，相機就很貴。對于聲學來講，一兆的頻率就是一周期就用一秒，10兆就是0.1微秒。所以高速相機在聲學里頭應用有限，這個高速比我們的低速都要低。

后來我們還發展了一個技術，不是用高速的辦法，而是用靜態的，用動畫片一樣的形式，重復照相，把快速過程記錄下來。后來國際上都采用這種方法，我們把它叫做動態光彈技術，就是拍一張張靜態照片連接起來放。這個技術，在一九八幾年的時候，聲學所在世界上是領先的，我們可以達到別人達不到的高度。

裴力偉：咱們所現在做空化效應準備怎么做？做到什么程度？有什么發展方向？

沈建中：我最近看到一篇發表的文章，做的工作是測量空化強度，而這恰恰是我懷疑的問題。我本身一直在講沒有空化強度這個概念。我們研究聲學的都知道聲強，聲的能量密度，這是很確定的。泡的大小很容易測，泡的分布很容易測，它現在用光學辦法來測泡的分布，他們不是測單泡，而是測多泡，很多泡，這是在實驗上的改進。但是空化強度這個概念應用，很可能是錯誤，至少是個懷疑。什么叫空化強度？空化的能量？到目前為止沒有一個人能回答出來。定義不了就需要資金支持，而資金就會牽扯到其他的問題。

桂文莊：現在激光核聚變現在還是實現不了聚變，聲學用超聲波注入能量才有多大？

沈建中：這種思路我覺得應該可以考慮。

做聲的成本比它低得多，缺點就是大家都不相信，沒有成功之前是沒人相信你的。就像我們做發光之前，很多人不相信。

何遠光：我想問在聲空化研究的實驗過程里面，目前全國的科技隊伍的力量里面有沒有人做？還是就您一個人做？如果除了您以外有別的高校在做或者別的人在做，目前怎么樣？

沈建中：全國基本上三家，南大、聲學所，還有同濟聲學所，基本上是我們三家在做。我們之間有合作，互相有聯系。南大在物理上做的比較深，而且它可能比我們強。還有個別的像清華，和我們都有合作關系。因為這牽扯到量子，牽扯到很深的物理學的基礎知識背景。我在物理方面比較匱乏，難度大一點，相對而言南大在物理方面強一些。陜西師大，他們研究多泡，能力弱一點，深入不下去。

好萊塢不知道怎么突發奇想拍了這樣的片子，也許他們在研究一些我們不知道的東西，老外做事有的是保密的，我們不知道他們是不是在做。

朱 埜：聲學是宏觀物理學的概念，宏觀聲空化實驗能夠使單個氣泡小到10-10的納米量級，出現聲致發光現象，已經屬于微觀物理研究范圍，微觀物理現象是不能用諸如強度、溫度、速度、亮度等宏觀物理量來度量的，現在量子理論（量子力學和量子化學等）中的測不準原理本身就反映了這種微觀物理的波粒兩重性和時頻對應關系，這類研究繼續深入要想獲得政府或有關部門資金資助，就需要你給他們講清楚，讓他們相信，但現在還沒有人可以說清楚。

科學研究工作都不應以獲取諾貝爾獎為目標，所有得諾獎的人不知道自己會得獎，他們從事研究的初衷是興趣，探索和追求。我平時喜歡看CCTV9電視頻道動物世界欄目，那些動物專家跑到非洲，南美去研究動物，一待就是好幾年，辛辛苦苦在荒郊野外對各類動物的行為進行長期觀察并收集數據，說不請為了什么？這需要研究人員有頑強的探索精神。當然首先要有好奇心理，而后產生興趣，有了興趣就不會放棄地去探索它的來龍去脈，去發現和追求自然的奧秘，這個過程有時需要你畢生的精力。

60年前，我們的老所長-汪德昭院士跟我們新來工作的100多個青苗大學生講的第一句話是‘你們要當無名英雄’，至今我記憶尤新。我們多數人遵循這種教導，在對此后專業工作，以濃厚的興趣和極大的熱情忘我投入，不求功利，埋頭苦干，鍥而不舍地努力探索，其中不少同志成為我們這個專業的領軍人物，有的直到今天，已經耄耄之年還活躍在研究工作崗位上，我所的張，侯等四位院士以及侯自強，商爾昌，朱維慶和向大威等教授無不是我們最好的楷模。

聲空化研究能夠觀察到聲致發光，就宏觀研究來講已經達到極致，大膽設想聲致核聚變，也不見得不可能。但是從事高端研究需要這樣的精英，除對科學極大的好奇和探索精神外，他們還樂于發現，敢于懷疑，善于設想、精于求證，而如今在我們聲學領域，確實欠缺這樣的人才，這涉及我們的教育問題，包括從小的思想素質和后期的文化修養教育。

要達到預期的研究成果，你就得去研究實現的條件，可能非常困難，沒有資金支持，沒有資源支持，這都是科學研究道路上的正?，F象，困難可一步步攻克，條件可一步步創造，但不能因此就消磨掉自己的探索精神，要始終不忘初心。使之不斷激發成果的實現。

科學發展需要有對應的環境支持，科學可以改造環境，但也可能破壞環境，核聚變給人類創造了財富，但同時污染了我們生存的環境，就說聲空化研究，超強聲吶功率發射可以更遠距離探測，但所造成的空化，足以殺死人類賴以生存的海洋生物。這就是為什么我們要研究環境，保護環境的原因，如果我們的科學發展不注意環境保護，人類科學發展越高，人類可能消亡得越快。因此 我認為有些高科技研究還是悠一點好。

羅恩生：對于聲空化我之前聽說過，有所了解，沈老師講的很全面，很深入，特別是結合您過去的一些研究成果，讓我有了更深入的了解，也為您缺乏經費支持而未能進一步深入研究所遺憾。我們聲學所是應用型研究所，側重創新技術、創新算法的研究。技術開發和科學研究一樣需要條件，需要社會支撐，資金支持。沒有設備就無法測量觀察。這就涉及到我們國家的科研經費管理體制問題。過去我們的一些研究項目是有技術條件保障經費的，但是這方面國家部門支持往往是滯后的，項目研究結束了，有結果了，經費才下來。但是因為這個研究已經做完了，所以便將經費挪到其他項目上。這就給技術保障經費驗收時帶來困難。挪東？西對付驗收的現象時有發生。這個問題需要正視解決。

我們國家對于資金支持要有前瞻性，要懂得應用技術里面的特殊性?？破詹坏獙习傩胀茝V，也要對相關的國家部門進行科普。有了及時的資金支持，才能在這方面好好的深入研究。沈老師剛才講的雖然很特殊，但是卻真實反映了我們科研經費管理需要改進的狀況。

沈建中：同濟大學最早提出來空化在醫學上的應用，在B超或者超聲多普勒的應用很廣泛。超聲多普勒通過打一種圖像增強劑即造影劑來測血液的速度。造影劑的結構就是空泡，需要在血液中打一串空泡來進行顯影。在空泡的四周糊一層蛋白質，打進去造影，結果這個空泡在那就碎了，就是剛才說的潰滅了就產生高溫、高壓，就把血管給打出窟窿來了，就腐蝕了。他開頭立項研究如何避免在超聲作用下造影劑損害人的血管。他立項的時候，幾乎異口同聲給斃了。多虧基金委的主任對此有所了解，給了他主任基金，作為資金支持?，F在研究造影劑的隊伍越來越壯大，很多人在重復研究這個東西。這是避免在超聲作用下造影劑損害人的血管，第一次將空化應用在醫學上，后來有了更多的資金支持，空化的應用也越來越廣泛。

何遠光：現在有一個非常低噪聲的前提，可能有空泡理論在起作用，我來喊一個任務，解決穩定的前提沒問題，可以用氣泡的辦法，空化的辦法來解決降噪的問題，這樣的話需要再多的資金支持都不是問題。那你的思路能不能轉換一下，結合這個研究，解決國家重大的軍事問題，然后進一步地把技術理論搞得更清、更透，這樣的話可能性會更大一些。

朱 埜：創造魚雷頭部氣泡空間，使魚雷有如在空氣中飛行速度，我看是不可能的，因為那意味著你至少要創造有那么大的魚雷飛行氣泡空間。

沈建中：我之前在網上查閱過，俄羅斯研究的那個不同于用聲來產生氣泡，它是用某種方法相當于是產生氣泡的導流罩，進而減少了魚雷的阻力。音速是1500米/秒，它這個速度是很快的，100米/秒就是相當快的速度，它比美國的那個要快兩倍。

我希望咱們所里面能夠把這個工作繼續下去，未來可以給我們所增光?，F在來看真正要弄是很難的，可能的方法還是應用養基礎，自己養自己。

桂文莊：你把目標提到核聚變，這個提的有點問題。

沈建中：太高了。

桂文莊：大家非常關心可控核聚變這個事情，你用聲學來做這個事情有點不靠譜，你提出這樣的目標肯定得不到資金支持。我們講需要有應用目標，長遠的應用目標是需要有研究背景的，研究的結果最后能夠在哪里發揮作用，這是一貫思路。我們強調應用技術研究并不是說現在馬上見效，但是一定要有長遠的目標。我覺得現在咱們國家這個體制，現在這個狀態，你需要有一個長遠的目標，因為你要是完全說我什么目標都沒有，這個研究下去恐怕是非常難以得到支持。

但是我在想咱們國家現在已經發展到新的時期，我們現在提出創新驅動這個目標。我們提出來需要我們的原始創新，如果我們都是比較短視地看到基金發揮作用的東西，這個大目標是實現不了的。在網上查閱到各國投入的技術研究比，咱們現在總的R&D經費大概是非常高的，世界上大概是第三還是第幾。但是從構成上面來看，美國、日本、韓國等很多國家，R&D的基礎研究大概能占到15%到20%的基礎比例，我們國家大概只有百分之幾。這就是我們國家的現狀，對研究支持力度不夠?，F在基金委比較重視這些問題了，會支持一些不是大家都同意的情況。但是對這種非常前沿的，現在看不出來有什么結果的研究項目，怎么去支持，現在還是缺乏一個環境的。隨著我們國家的發展，隨著大家對技術研究的認識的提高，我們知道最近習主席的講話都談到了對技術研究的支持，我覺得情況會慢慢變好的。

所以我覺得沈老師剛才提出來的一些困惑和困難的地方，可能在一段時間還會存在，但是這個情況我覺得會逐步好轉。聲空化的研究，我覺得是不是我們還是踏踏實實把聲空化的物理、機理、一些風險搞清楚，很多基礎問題都沒搞清楚，我們突然一下提出那么大的目標，自然難以得到全方位的支持，所以我們需要把自己的目標提得比較切實一點。目標必須要提出來，有了目標，才會有前進的方向?，F在如果聲學所能夠在這方面有很好的計劃，能夠來做，這個情況會慢慢改變的。這方面未知的東西太多，但研究的人不太多，國際上沒有什么突出成果，這正好是技術研究的特點，我覺得應該去做這件事情。

但是我確實覺得咱們現在為了得到資金支持，往往會故意夸大成果，剛剛有點眉目，便會加大成果的渲染，這種方法不可取，需要改進。

朱厚卿：我提個意見，這一次沈建中講聲空化還有一些值得反思、思考。不只是我們聲學所，還有其他所也有很多老年科普，我們已經七八十歲了，比起我們，對年輕人科普顯得更加重要。最近所里的年輕人越來越多，科學院能不能辦一個老年科普的網站，把各個單位的科普的介紹文章放在網站上，使得大家都可以了解，因為它不僅是科學普及，它有很多思考以及對以后的打算，有了這個科普網站，使得大家不管是老年人還是年輕人都可以去看，普及科學。因為我也聽了，我覺得很有啟發，有很多幫助，比起我們，對年輕人來講，我覺得應該更有好處。

第二，沈建中講超聲空化，這個題目有老有新。我記得前兩天報道了超聲中心的超聲空化研究，有個博士叫吳鵬飛，是咱們超聲中心的，他把超聲空化跟什么東西結合起來我沒仔細研究，來擴大它的應用范圍進一步研究。沈建中講了，超聲的應用五花八門，但是真正用在大范圍、大規模的很少，因為大力的推廣很難，尤其空化的強度，空化在小范圍里面能空化，大范圍比如湖里面做不到空化。

我們退休了，所里提供給我一個房間，我在所里面走走，經常碰到這些問題。大慶油田比較早的油田輸油管道，怎么把它稀釋降稠能夠運過來，現在加個電爐加溫燒。咱們有個大課題，關于超聲降稠的，在網站上看到說效果非常好，但是對于超聲降稠很好我是不相信的。超聲空化，一個燒杯里面空化強度很大，能夠把原油像瀝青那樣把它燒化在爐子上面，然后超聲波作用，作用了八個小時，冷下來它還是稠的，并沒有降，所以我對超生降稠并不是很相信。

沈建中提到超聲核聚變，且今年甚至發光大家都能看得見，超聲核聚變大家都重復不了，之前做出來的都是假的，他們現在提出來是沒有別的思路能夠解決這個問題。這些東西我覺得都是很難解決的，因為咱們能解決能源問題就已經很不錯了。局部的超聲空化是非常有效果的，在細胞粉碎、中藥材的提取方面都很有用。但是真正空化的強度怎么來衡量是很困難的問題，這個問題我現在碰到都解決不了。

最早前幾年我們科學院有個化冶所，花了十幾萬從美國買來一臺聲強計。說明書里面有篇參考文章，是我們西北工業大學一個叫梁兆惠（音）的研究生的碩士論文，他的論文被美國人拿來用了基礎研究搞了聲強計，實際上把噪聲的大小作為聲強大小，那個噪聲頻率很寬，從幾K到幾兆，所以就弄了這個。這個東西也沒有很好地解決，因為我們國內也有生產這個，買來以后解剖完了改進再出口，他現在也出口到美國，當然便宜得多。我用它來做超聲空化，并跟化冶所相比較，但也沒有解決超聲空化的測量。同樣的東西，拿它比較，也沒有很好地解決。所以超聲空化這個問題，到現在為止無論是計量，還是理論上都無法解決。因為超聲除了空化以外，它有沖流，就是水像噴泉那樣噴，這個理論上也不好解決，數學上也很難。我曾經問過我們聲學所的第一把手、第二把手，聲學所現在能不能解決這個問題，他們都說現在解決不了。空化還是很難的，但是現在還是有人在不斷地研究。這些研究要有效應，還要有投資，他要看效益，這個也很自然，技術研究也有，但是這個到現在為止一直沒有好好解決，這是很困難的問題。

對于超聲的應用也是很難的。最近我碰到一個燒杯里小范圍的空化，這個很容易。真正需要解決的是大范圍的空化，那是很難的。你現在到太湖去玩，還能聞到經久不散的臭味。超聲的應用空化問題很多，有個人叫沈莊珠（音），他在研究功率超聲，他到我這里來，對我說是超聲污染，我說小范圍的燒杯里面你可以做污染。水一拿來，一看里面有大腸桿菌，很臟的，但是現在你要把水整個都做氯氣消毒，你用超聲波去消毒做不了的，因為你沒那么大的強度。所以沈莊珠（音）弄了半天，最終也沒有結果。

超聲空化小范圍應用有很好的效果，大范圍應用很困難。主要是超聲空化的強度、范圍、計量都很難解決。我想到沈建中講的內容，能夠在網站上讓大家看看，讓大家有啟發，我想對科學的發展有幫助。

桂文莊：我以前對聲空化這塊確實了解不多。今天聽完了之后很受啟發，我覺得沈老師講得非常好，對基礎研究來說非常重要。

我們國家已經到了一個新的階段，這個新的階段對科學院來說，對我們國家來說應該更加重視基礎研究，應該給技術更加寬松的環境，使得它能夠發展得更好。另外我也覺得咱們現在整個社會科研的氛圍還是有些問題，比方說急功近利、考核文章多少指標等等問題，有量化的考核，考核的越來越厲害。

今天沈老師提的這些問題非常重要。但是我覺得我們還是要把目標定得切實一些，基礎研究一定要弄明白我要干什么，要解決什么樣的問題。對于這些有可能達到應用的，我們要記得去研究這些東西，要把應用背景說得很切實。我們一步就做到核聚變，這是很難的，我們很難這樣做。現在我們確實有一些地方也看到了，為了申請一個好的項目，一點基礎研究的東西便夸大的很過分，這樣的現象比比皆是。

隨著我們社會的發展，我們國家的發展，對技術研究會越來越重視。我們科學院一定要把技術研究做好，我們不要去做和大學相比的完全自由探索式的技術研究，那個沒有優勢。大學里面人才濟濟，環境寬松，資金支持比較到位。對科學院來說，技術研究要做比較長遠性的部署，將來在某個方面能夠有預期的發展結果，這是科學院的特點。

我覺得這次我們的學術沙龍搞得很好，一個是它的題目提得好，題目提的是問題研究的東西，以聲空化研究作為一個議題，這個題目是現在問題太多，而且都沒有解決的領域，這個領域恰恰是我們一直去研究的。但是要想在聲學所形成很龐大的隊伍當然很不現實，我們聲學所至今還是以國家的主要任務為它的主要工作。但是我們不妨部署一些點去做這些事情，這是前沿的工作，我覺得要做件工作確實不容易。沈老師說了這樣的事，因為我們研究的東西，現在還是宏觀尺度上的研究。如果聲空化要深入到微觀尺度上的話，確實會出現非常多的新的東西，而這些東西我們很不熟悉。這些東西該怎么研究，我覺得從我們聲學所來考慮，可能還是要考慮怎么去做這件事。

何遠光：我離開聲學所33年，今天回娘家很親切。我就談一些我的體會：今天學術沙龍的成功舉辦感到十分的可喜可賀。感謝沈建中老師在百忙之中給我們做了如此精彩的報告，受益良多。

想要做好一件事，首先你要有所追求，然后懂得奉獻，最后你才能成功。這個哲理，是我們作為科研人員應該遵從的道路，是我們應該繼續發揚的風格，也是我們做科研工作的責任。今天沈老師做的報告，填補了我們一些知識的空白，也增長了我們的知識。沈老師在報告里面從技術研究的角度，談到了技術研究目前遇到的問題和前景，也談到了現在困難的地方。對于如何克服這些困難，大家提了很多很好的思路。

但是這次沙龍美中也有不足，就是我們在學科發展上的討論還不太夠。全國目前搞空化的科研力量非常弱，只有三個單位。在這種情況下，我們這個學科要怎么發展、怎么布局呢？我們聲學所在里面要不要起領頭羊的作用？如果我們準備做這個工作，具體應該怎么辦？例如我們可以給院里提什么樣的好意見來組織全員的力量共同促進學科的發展？或者我們要做什么題目、立什么項目來組織全國的力量或者院里的力量來做這個事情？諸如此類的問題，我覺得在這方面還是稍微有點欠缺，值得更深入的討論。

另外，這種沙龍最好邀請所領導參加。使所領導了解到我們的意見，給予研究更多的支持。我們這個學科的布局，我們這個學科能不能成為重點，這都是要通過我們的宣傳、通過我們的工作才能得到認可。所以還是希望可以請到所領導來親自參加學術沙龍活動，這樣比間接傳遞要好得多。同時，還要做到老中青相結合，請有影響的院士和專家參加討論。

朱 埜：我們這些老同志和年輕人在一起工作，有一些矛盾是難免的，但是必須要交流。在沙龍會議上大家可以相互交流，談談自己的想法和看法，互相可以爭論探討。沙龍的目的不同于我們老同志聚會的見面發牢騷，我們要有交流，有探討，在討論中相互收益。

蘇 媛：今天的沙龍圓滿結束，感謝各位老師給我們提了很多寶貴的建議，首先是請年輕人來做報告，下次我們一定會留意，并且也一定多多邀請有發言權的院士來參加。還有，一定盡全力去邀請所里領導來參加，還要找懂相關科研的人員一起來，多多參與，才會更深入地了解，給予更多的支持。這些都建議特別好，我和沈老師特別有啟發，虛心接受。

最后，我們再次感謝院里的領導還有在座的老同志們！