第10节波

平静的水面，落下一颗石子，就看见一圈一圈的水面起伏，以石子落水处为圆心，慢慢向外蔓延。随着时间流逝，起伏最终消失，水面恢复平静。这种扰动石子、雨滴等引起的水面起伏以一定速度向远处传播蔓延，称这种传播着的扰动为波。

通常将波的概念限制在自然世界中。在社会变化中，也有类似的情况，称呼的概念换成浪潮，趋势等等。比如谣言产生后，开始传播，四处都流传着，范围越来越广。这是虚假信息的传播。从流行歌曲、网络名词到时尚，都符合波动定义。文明的交流，通过商业贸易，也是波。

回到物理世界，石子造成的扰动，是石子势能转换成水的动能。而波在传播中，抵达的水都开始扰动，意味着动能也在传播。随着波越传越远，接收动能的水越来越多。按照能量守恒，那么所有收到动能的水的动能总量不变，那么每部分水的动能越来越小。最后动能全部转为热量，水面恢复平静。换而言之，波传播过程同时也是能量传播过程。

对于物质运动状态变化类型的扰动传播，我们称为机械波。如果是人的思维模式变化类型的传播，可称为心灵风暴波。如果是人有组织行为类型的传播，可称为社会运动波。机械波的出现，意味着：1.扰动源存在，也就是有能量供应源。2.存在接收扰动的对象，称为介质。这两种存在，对其他类型的波也是适用的。对于石子形成的波，扰动源就是石子，介质是水。宗教的传播，扰动源就是教义，介质是人。

观察：

1.艺术体操运动中，运动员舞动着长带，长带在空中上下卷动，却不落地，正是波的传播，使得带子始终处于状态剧烈变化中，而无法落地。

2.世界各地经常出现地震。报道中会给出震中位置，地震强度级别。震中就是扰动源的位置，级别就是地震能量的强度。地震波在传播中，能量随之而来，改变建筑物品的状态。如果能量太大，建筑等承受不住而损坏。损坏程度称为烈度。随着传播距离的增加，总能量逐渐损耗，加之能量分担对象越来越多，危害逐渐减小。

3.宗教的传播过程中，改变的是人的观点、立场、思考方式等。和机械波不同的是不存在能量的衰减问题。事实上，随着宗教的传播，信徒越来越多，宗教的势力不断增加。

4.在水面不同位置，投放两个或多个石子，发现各自都形成波，相互之间影响可叠加或抵消，但都在传播。不同的宗教或文化，在传播中无法像机械波一样相互叠加或抵消，因为正常人无法同时以相左的立场、观点来思考世界。更多的时候是相互争夺信众，就如同销售市场的争夺一样。当然作为趋利避害的生物本能，采用老张的哲学也是有可能的。

5.人是社会性动物，从众心理是本能的自我保护意识。所以使得谣言、恐慌性心理容易扩散，三人成虎正是这个意思。

波传播中，扰动使得传播路径上的物体状态改变，但这种改变不是永久性的。当能量耗散后，物体恢复原始位置。那么物体状态的变动就是在原始位置附近振动。振动导致物体处于某个范围，当范围和传播路径重合时，说明物体的振动是沿着传播方向进行来回进行的，这种类型称为纵波。如果振动的方向和传播方向垂直，则称为横波。通常的波经常是部分纵波和部分横波的混合。

观察水面上的落叶，当有波传播经过时，落叶在水面上下起伏，并不移动，说明在水面的波是横波。地震来临时，如果感到人左右摇晃，说明地震波是纵波，如果是上下起伏，说明是横波。

波传播途中，能量使得路径中的物体改变状态，物体有惯性，改变状态不可能是瞬间就完成，因此扰动的传播是有速度的。比如水波，我们观察水纹的最高点，称为波峰对应水纹低于水面的最低点称为波谷。在波传播中，扰动不断地制作出波峰，新的波峰相比以前的虽然高度慢慢下降，但始终是附近小区域最高的位置。最新的波峰和原始位置之间的距离不断加大，波的传播速度就定义为这个距离除以时间。相邻的两个波峰之间的距离，就定义为波长。一定时间内，水面上落叶起伏的次数，称为频率，单位是以德国人赫兹命名，英文Hz表示。落叶每起伏一次，意味着波向前传播了一个波长的距离。那么可得出：速度=波长*频率。

在水面波传播时，如果水面有障碍存在，比如巨大的石块，则波抵达石块后反身往回传播，这个称为波的反射。如果石块较小，发现石块背后也产生波纹，称之为波的衍射，或称为绕射。这里提到石头尺寸的大和小，标准是按照什么定？在描述波的属性中，只有波长是长度的单位。因此大和小的标准就是波长。比波长大很多的就是巨大，比波长小的就是小。

思考：

1.波的传播速度由什么决定呢？扰动在改变传播路径上物体状态时，如果状态改变快，则波传播的快。惯性大小是物体维持原状态能力的量度，因此惯性越大则状态改变越慢。在讨论连续物体时，我们使用单位体积内的物质惯性来衡量，那么这就是密度。因此波传播路径上物质的密度越大，波速越小。不同的物质弹性不同，弹性越大，物体维持完整性的能力越大，则物体受相邻部位的形变影响越大。比如泥土，基本没有弹性，某处受力后泥沙飞溅，其他部分的泥土没有动静。比如铁棒，弹性很强，某处受力后，铁棒整体翻滚。因此弹性系数越大，波速越大。

2.波的频率是由什么决定的？波的起源是扰动源，介质目的是传递扰动，可以对传播速度、能量传递效率起作用。所以影响频率的因素只能是扰动源。扰动源的扰动频率决定了波的频率。

3.不同物质的密度弹性不同，波速不同。在波传播路径上存在不同物质分布，我们可以在不同位置测量波到达的时间，来反向推理不同物质的分布情况。在地质勘查中，通常是人工制造一场地震，使用大量炸药引爆来产生。在选好的不同位置上来接收地震波。人工地震产生后，波四处传播，一部分波直接抵达测量点，另外一部分向地球内部传播，碰到不同类型的岩石后又重新、四处传播。测量这些从地球内部传播出来的波，依据测量点地震波的抵达时间以及强度，可以推理出内部的岩石成份和构造。石油天然气勘查就是使用这种原理进行。

4.当已知扰动源位置、强度后，在不同位置测量地震波，可以有效推理出地球构造。克罗地亚的莫霍洛维奇于1909年采用地震波探测到地壳和地幔之间的界面。1914年德国的古登堡发现地幔和地核之间的分界面。当地球内部构成比较清晰后，不同位置的测量点测量到地震波抵达，就可以推理出扰动源的位置和扰动强度。冷战时期，原子武器研发竞争很激烈，采用这样的方法，即便不派遣间谍，也可以获知核爆炸的位置和威力。