巨大的霓虹与炮声会突然从地平线上消失吗？

极限假设下人体的感官揭秘

文/ 绵阳市中心医院    柳庆君  

  在学习理科的时候，老师教会了我极限假设法，极限假设思维是在问题解决中将变量或过程推向极限，使得问题从复杂化变为简单化、单一化的一种有效思维方式．在中学数学物理化学解题中灵活运用极限假设思维，可以大大降低解题难度、明晰思路、化繁为简、拨云见天。但也有例外的时候，在我学习医科的时候，我发现把极限假设法用在生物医学领域，却发现有一些简单的问题却顿时变得复杂和难以理解了，尤其是关于视觉和听觉感受器的生理学基础，在我的心中由简单变得复杂。绵阳市中心医院耳鼻喉科柳庆君

我们很早就知道，声音是有频率的，就是每秒钟振动的次数，用“赫兹”做单位。正常人能够听见20赫兹到20000赫兹的声音，而老年人的高频声音减少到10000赫兹（或可以低到6000赫兹）左右。人们把频率高于20000赫兹的声音称为超声波，低于20赫兹的称为次声波。超声波（高于20000赫兹）和正常声波（20赫兹 - 20000赫兹）遇到障碍物后会向原传播方向的反方向传播，而部分次声波（低于20赫兹）可以穿透障碍物。背诵这一段并不困难，但问题是：1 这个频率是如何检测出来的？2 是否不论你我他，无论男女老幼，无论欧罗巴，雅利安，尼格罗，还是蒙古人种，我们每个人的听觉范围都是一模一样的？3 如该理论成立，则有如下假设：某人能听到20赫兹的低频声音及20000赫兹的高频声音，但当我们把这一声音从20赫兹下调到19赫兹的时候，或者从20000赫兹上调到200001赫兹的时候，是否因为一下子到了人类听觉的盲区，本来巨大的声响立即从地平线上消失变得万籁俱静呢？

有人说：“人耳可以听到的最低频率约20赫兹，最高频率约20000赫兹。这是常见的、较公认的理论值。这里说的是“范围”，包括了所有正常人各个年龄阶段的情况，所以不存在“不同人有体质差异”的问题。”也有人说“人的听觉的频率范围为16?20000赫兹，为什么会有最低16赫兹和20赫兹两种说法，我想取最低16赫兹考虑了“心理影响”。至于你说为什么“上限都是20000赫兹”，注意这不是一个确切的数值，只是数字太大才取的约等值（都约等于20000赫兹）。就像称20000千克的物体可以忽略相差几千克、而称20千克物体少几千克是相差很大的一样。”实际上这些似是而非且不达要点解释非但没有让问题简单化，甚至还加深了谬误。

   同样的困扰似乎还存在于眼睛。我们知道，作为一种电磁波，可见光的频率在在3.9X10^14~8.6X10^14Hz之间，对应的波长范围在770～350纳米之间。波长不同，引起人眼的颜色感觉不同。770～622纳米，感觉为红色；622～597纳米，橙色；597～577纳米，黄色；577～492纳米，绿色；492～455纳米，蓝靛色；455～350纳米，紫色。高于可见光频率的电磁波叫紫外线，低于可见光频率的电磁波叫红外线，同样的疑问又产生了，假设某人能看到622纳米的红光及350纳米的紫光，但当我们把这一红光柱从622纳米变到到623纳米的时候，红光变成了理论上不可见的红外线，或者从350纳米调到349纳米的时候，紫光变成了理论上不可见的紫外线，是否也会因为一下子到了人类的盲区，巨大的红色或紫色霓虹也立即从地平线上消失而变得一片漆黑呢？

  这些看似简单的问题，在我的一生中问倒了无数的人，即使是很多有经验的耳鼻喉科大夫或者眼科大夫，也未必能回答这个问题，即使是我本人，虽然研究生毕业，从事临床工作多年，每每想起这个问题的时候，也没有一个清晰的思路，终于有一天，我对敏感度一词的认识让我豁然开朗，顿时明白了广泛存在于人体感觉器的一个共同的现象和规律。

  其实，所谓的20和两万，本无所谓有，也无所谓无，即使是修改成19和19999，或者是21和20001，意义大致是一样的。这要先从声音的强弱说起，声音的强弱，用分贝来表示，但有两个系统：声强级和听力级。声强级反映声波本身的强度，听力级反映人耳感觉懂啊的强度，也就是响度，必须指出，人体对于不同频率的声音其敏感性是不同的，人耳对于1000-3000赫兹的声波最为敏感，这就是说，该频率的声波，在一定的声强级下，具有较好的响度，效率较高，而离这个频率越远，效率就逐渐降低。在30赫兹左右的时候，100赫兹的声音已经等同于15分贝的树叶沙沙响，在20赫兹的时候，则几乎只有风儿轻轻吹的感觉了，所以，地震的声响虽然非常巨大，但因为其频率低，人体并不敏感，只有少数人能感觉到轻微的隆隆声，（地震波其实就是在地壳中传播的声波（确切讲是主要是次声波），只是它的频率通常不在我们可听闻的范围内（某些动物则听闻得到），热核爆炸等也会产生大量的强度很大但频率极低的低频声波和次声波，同样因为人耳对其频率不敏感，所以难以从远方闻及，科学家需要借助仪器“听到”它）。频率非常高的声音（并非我们所谓的男女高音，因为人体之声，即使再高，也罕见能有5000赫兹的），同样转化为响度的效率非常低，人体也对其也非常不敏感，这就是说，人体对声波的感觉如同一个正态分布的图形，中间敏感，两头麻木，到了边上，则几乎难以探测，所以，19还是20，20000还是20001，本身没有本质的区别，只是一个粗略的估测而已。

  同样，眼球对于不同频率的电磁波敏感程度也不同，可见光也有一段是非常敏感的，这时光强可以很好的转化为亮度，这就是我们通常说的：绿光（我们的交警在夜巡的时候，都是穿有绿色条纹的衣服，就是基于这个原因）。而当这个频率逐渐向红外线或者紫外线变化的时候，同样的光强度，却不能换来同样的亮度，到了接近红外线或者紫外线的时候，很强的红光和很强的紫光在人眼看来却颜色暗淡，这也是为什么烙铁非常的烫，然而作为照明，却比不上一个小小的萤火虫的原因。

 所以，即使在极限假设的情况下，炮声与霓虹也不会突然从地平线上消失，它们只会越来越弱，越来越弱，最后变成一缕不可探测的感觉神经冲动消失在茫茫的大脑沟回里。这就是我们人体感官的奥秘。