煤油火机的发明（打火机上黑黑的那一坨）
出品：科普中国
制作：寒木钓萌
监制：中国科学院计算机网络信息中心
两国的核潜艇在深海相撞，事后双方还不知到底撞到了啥，这样的事有吗？英国和法国就上演了这么一出。问题是，这是为何？还有，打火机上产生火花的那一坨，是电池吗？
惊人的对比人类最远的通讯距离是飞出太阳系的旅行者一号，目前距离地球206亿公里（截止16年12月5日）;最远的探测距离，则是那些数十亿光年外的星系。而核潜艇，动辄十几亿美元，它们在深海，能“看到”的距离，以及互相之间的通讯距离却是以米来计算的。
用鼠目寸光已不足以形容潜艇在海中的短视，跟陆地上的雷达探测一对比，海中的潜艇是货真价实的“瞎子”。
很多人纳闷的是，人类已进入21世纪，为什么水下探测和水下通讯还是那么原始和落后？用某种特殊频段的电磁波不行吗？为何还像蝙蝠一样，非得用声波？
为什么要用声波一个事实显而易见，在一片很清澈的大海，阳光最多也就能照射到海面往下200米处，这是一个分界线，往下，浮游植物因没有足够阳光进行光合作用，故200水深以下大多没有植物存在。若是在一片污染严重的海域，阳光也就到达水下1米左右。你可以回忆一下，游游时，你在水下能看到多远的距离？
1枚不到2公斤的普通小炸弹在水中爆炸，声波可传输4200公里以上。（动图中的爆炸为鞭炮在水中的爆炸，可以看到，形成的大“气球”迅速被水压弄回原形。）
声呐原理说到声音，我们就熟悉了。潜艇上的被动声呐就相当于我们的耳朵，而主动声呐有点儿类似于嘴与耳朵的结合，闭着眼睛喊一声，两秒后听到回音，于是你就可以说了，据老夫判断，340米处有一大山。
潜艇中的主动声呐当然不能靠喊，它靠电。你说，那万一停电了呢，或者是主动声呐坏了，喊可以吗？可以吗？
这个……其实还有更好的办法。
敲潜艇……
嘿哟嘿哟……
这种敲击潜艇的方式在电影中见过，现实中有没有用过不可考，只知道，各国曾用手榴弹在水中的爆炸，从而向水下潜艇传递信息。
声波几乎是核潜艇在水下的唯一依靠，它如此重要，我们有必要来了解一下声呐的原理，实际上，它比我们想象的还要有趣。
完全可以说，声呐上用到的原理每个人都会用到，而很多老烟民一天得用十几二十次，只是大家都没有意识到。
往下按，产生电火花。
压电点火器。
不少人以为，打火机中黑黑的那一坨是电池，存储着电力，其实不然。它是一种压电陶瓷，依靠你拇指的机械压力产生电压，从而引发点火花。这意味着，打火机中的点火器可以不必扔掉，即使存放多年，它依然还能工作，因为它不是电池。
1880年，皮埃尔·居里和雅克·居里两兄弟发现了压电效应。可以想见，这两兄弟当时远不会想到，他们的发现未来将会走进千家万户的煤气灶点火开关上，烟民的手上，炮弹触发引信以及大海中价值十几亿美元的核潜艇上。也可以想见，那时的大众，对于压电效应的发现并没有多少关注。科学研究从来都是——前人默默栽树，后人痛快乘凉。
压电效应示意图，图片来自Tizeff。
如上图所示，在一块压电材料中施加压力，就会产生电流。这是机械能转换为电能的过程。
压电材料有多种，其中一种是压电陶瓷，它很灵敏，一点点微小的压力都会产生电压，这下就好办了，压力的大小也许难以量化，但是电压的变化却可以非常之精确。
而声波就是压力——声压。敌方潜艇螺旋桨的嗡嗡转动声，产生声压，触碰到我方潜艇的压电陶瓷上，这个起伏不定的声压就会转化为起伏不定的电压，于是就能听见对方潜艇的大概方位了。
反过来，主动声呐则是要发出声波，怎么发出呢？很简单，还是以压电陶瓷来举例，既然声压会带来电压，那么反过来，在压电陶瓷上施加一个电场，压电陶瓷岂不是就会产生形变？就是这么回事，材料的快速形变就是声音了。想要什么频率的声音，比如次声波、声波，还是超声波，这取决于我们所施加的电场，这就是主动声呐。当然，除了用变换的电场可以让材料产生形变外，磁场也可以，这就是磁致伸缩效应。
潜艇相撞既然有了探海神器——声呐，两国的核潜艇为何还要相撞，眼瞎了吗？哦不，耳聋了吗？！
核潜艇很贵，知道不！万一撞坏了反应堆，核泄漏了，人类该怎么办？
图为英国前卫号核潜艇，2009年它与法国凯旋级核潜艇相撞。
1912年，泰坦尼克号若是有主动声呐，就不会撞冰山并导致1500人死亡。而现在，声呐何其先进，为何核潜艇在深海潜航时，不开主动声呐呢？
是这样的，核潜艇如果没有隐蔽的优势，那么它也就失去很大一部分价值了，你虽躲在深海，却随时被敌方知晓位置，要你干嘛？一艘驱逐舰不就可以代替你了吗？
本是个黑夜杀手，却在夜行时打着一把大功率探照灯（开主动声呐），你照亮了别人，照亮了路，也照亮了你自己。
所以，核潜艇，尤其是弹道导弹核潜艇在深海潜航时，它们是不能随便开主动声呐的，只用被动声呐探知周围可能的敌舰。
英法潜艇相撞后，法国潜艇还以为是撞上什么不明物体，受损严重，花3天时间才返回港口，查看伤势后法国海军随即宣布疑似撞上了集装箱，英国一听，赶紧找法国比照双方潜艇的伤势，最终才知晓原来是两国核潜艇相撞了。
有没搞错？几百米深的海下，四周黑得伸手不见五指，而那些核潜艇们又不开主动声呐探路，这万一撞到了海底山脉什么的，可怎么是好？就算撞不到冰山撞到花花草草也不好嘛。
这问题跟潜艇的水下导航有关，鉴于篇幅有限，下次聊~
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