یک سلول خورشیدی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند. موتور خودرو گرمای حاصل از سوختن بنزین را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. یک باتری واکنش های الکتروشیمیایی را به انرژی تبدیل می کند. انواع مختلفی از تبدیل انرژی وجود دارد، اما یکی از جالب ترین آنها نورتابی صوتی است، پدیده ای که در آن حباب ها صدا را به نور تبدیل می کنند.
سونولومینسانس برای اولین بار در دهه 1930 مشاهده شد، زمانی که توسعه دهندگان صفحه عکاسی امواج مافوق صوت (امواج صوتی که ما نمی توانیم آن را بشنویم) روی فیلم عکاسی اعمال کردند و متوجه شدند که فیلم مه آلود می شود. آنها دریافتند که حباب ها در مایع در حال رشد عکاسی جمع شده اند و به ارتباط بین فیلم تار و حباب ها مشکوک شدند.
گمان آنها درست بود. فشار ایجاد شده توسط ضربان امواج اولتراسونیک حباب هایی در مایع ایجاد می کند. در حال حاضر، قبل از اینکه حباب ها بپرند، انرژی را از امواج اولتراسوند جذب می کنند و این انرژی را به صورت انفجارهای نوری زیر ثانیه منتشر می کنند. نور تولید شده توسط این فرآیند که نورتابی حباب متعدد (MBSL) نامیده می شود، نقاط کوچکی را بر روی فیلم عکاسی به جا می گذارد و آن را مبهم می کند.
در مطالعات بیشتر در مورد سونولومینسانس، دانشمندان پارامترهای مختلفی مانند فرکانس امواج صوتی و فشار ایجاد شده در مایع را آزمایش کردند. در دهه 1990، محققی شرایط را تغییر داد تا به جای بسیاری از حباب های کوچک، یک حباب بزرگ ایجاد کند. هنگامی که این حباب بزرگ و پایدار درست قبل از ظهور، انرژی صوتی را جذب کرد، یک سری نورهای چشمک زن مایل به آبی ایجاد کرد. بارق برای چند روز روشن می ماند، هر فلاش فردی نتیجه چرخه موج اولتراسوند است. این فرآیند به عنوان سونولومینسانس تک حباب (SBSL) شناخته می شود.
بنابراین انرژی صوتی دقیقا چگونه به نور تبدیل می شود؟ دانشمندان هنوز با این سوال دست و پنجه نرم می کنند و نظریه ها و مدل های زیادی ارائه شده است. مورد قبول ترین مدل مدل نقطه داغ است که نشان می دهد انرژی ناشی از امواج صوتی باعث می شود گاز موجود در حباب ها به شدت داغ شود که می تواند از طریق دو مکانیسم ممکن نور ایجاد کند. اولین مورد این است که مولکول های گاز با گرم شدن در داخل حباب شتاب می گیرند و درست قبل از ترکیدن حباب، این حرکت به صورت بسته های نور منتشر می شود. دوم این است که حباب داغ با توجه به دمای خود نور ساطع می کند، مشابه نحوه تابش ستاره ها.
دانشمندان علاقه مند به درک بیشتر در مورد شرایط فیزیکی و شیمیایی درون یک حباب در حال ترکیدن هستند تا بتوانند از نورتابی صوتی برای کاربردهای درمانی، تشخیصی و تحقیقاتی هیجان انگیز استفاده کنند. امواج اولتراسوند می توانند عمیقا نفوذ کنند تا به بافت های بدن برسند که منابع نور استاندارد نمی توانند. بنابراین، سونولومینسانس می‌تواند برای تولید حباب‌هایی در مایعات بدن استفاده شود که نور را برای فعال کردن داروها تولید می‌کند. در یک مطالعه، محققان از سونولومینسانس برای ترکیب دارویی القا شده با نور که سلول های سرطانی را هدف قرار می دهد، استفاده کردند. بر اساس این مطالعه، نور ساطع شده در طول فرآیند سونولومینسانس نیز می تواند برای تصویربرداری از بافت های خاص بدن برای کمک به تشخیص بیماری استفاده شود.
همچنین، از آنجایی که شرایط شیمیایی حباب ها بر میزان نور ساطع شده در طول سونولومینسانس تأثیر می گذارد، دانشمندان می توانند نور را اندازه گیری کنند تا بینشی در مورد ترکیب شیمیایی مایع به دست آورند. در یک مطالعه، دانشمندان رابطه ای بین مقدار سونولومینسانس و مقدار آرگون و اکسیژن در نمونه های مختلف مشاهده کردند.
اگرچه سونولومینسانس هنوز برای استفاده مستقیم درمانی یا تشخیصی آماده نیست، اما موضوع تحقیقات فعال است. شاید مشاهدات غیرمنتظره دیگری منجر به یک تحول جدید هیجان انگیز در این داستان علمی شامپاین شود.
منابع:
- کتاب “Sonoluminescence” اثر نویسنده F. Ronald Young.
- کتاب کاویتاسیون آکوستیک و دینامیک حباب توسط نویسنده کیویچی یاسوی.
- https://www.researchgate.net/publication/2843747_Single-Bubble_Sonoluminescence
- https://asa.scitation.org/doi/full/10.1121/1.4929687
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07084
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2019.00466/full
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07084
- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp003226x
