质能概述论(九)

波的概述

一、波的概念

波是能量传递的方式，是物质某一性能的扰动或振动在时空中传递时形成的状态。

二、波的共性

周期性，即波都有空间的周期性和时间的周期性。波在空间传递时具有周期性，即沿着波的传播方向，每经过一定的空间距离就会出现相同的存在或运动状态。如中学物理中机械简谐波，每经过一个波长，质点的速度相同、质点离开平衡位置的位移一致等等。时间周期性指，一方面，波源物质某一性能的扰动或振动，在时间上具有周期往复性，即经过一定的时间段，就会出现相同的存在或运动状态；另一方面，波传播中的每一空间点的相应物质性能，同样和波源一样具有时间的周期性。

三、波的分类

第一，按照波的矢量性分，有标量波和矢量波。物质振动量是标量的波为标量波，如声波。物质振动量是矢量的波为矢量波，如电磁波。

第二，依据振动方向与传播方向的关系来分，主要有横波、纵波、球面波。横波，质点振动方向跟波的传播方向互相垂直的波为横波；纵波，质点振动方向跟波的传播方向平行的波为纵波。球面波是，波阵面为同心球面的波。球面波在自由时空中传播的时候，其能量幅度在远离波源中心的距离上逐渐递减。

第三，根据波的性质分，主要有机械波、电磁波、引力波、物质波四种类型。机械波是机械振动在介质中传播的波。在机械波的传递过程中，传播中的介质相互作用，导致振动和能量在物质之间传递，但各物质并不随波的传递而移动，他们只在自己的平衡位置振动(传播波的物质称为介质)。例如，声波、水波。电磁波和引力波的介质就是波源形成的场；电磁波是电磁场在时空中以波的形式存在或传递的状态，引力波是引力场在弯曲时空中以波的形式存在或传递的状态。物质波就是德布罗意波，量子力学认为任何物质都具有波粒二象性，于是物质的波动性就称为物质波，如电子波、中子波等等。

第四，经典波和概率波。经典波描述的是，物质某种性能的扰动或振动在时空中的传播，如水波、电磁波等。概率波是指，运动状态下的微观粒子在时空中出现的几率，它不代表任何实在物理量的传播过程，如物质波、光波。在量子力学中，通常用波函数来描述微观系统在时空中的分布状态，而波函数本身没有直接的物理意义。

第五，除了以上的分类外，还有其他的依据分类，比如短波、长波；超声波、次声波等等，这里就不一一列举了。

四、波的性质

波的性质主要包括波的叠加性、干涉现象、衍射现象等。还有反射、折射、相干性以及多普勒效应和惠更斯原理等等。这些性质在物理课本中都详细的讲述了，这里就不再啰嗦。

五、波的传播

波携带着能量，在时空中做周期性传播，其传播遵循的公式为(中学简谐波)：v=λ/T=λf、y=Acos(ωt-kx+φ)，其中v、λ、T、f分别是波的传播速度、波长、周期、频率，A、ω、φ和k分别为振幅、角频率、初相位和波数(k=2π/λ)。一般波动方程为：d²y/dt²=u²d²y/dx²，这是一个偏微分方程，其中u是由不同介质决定的常量波速。在均匀介质中，波沿着直线传播，当然，在弯曲的时空中，直线也被相应的弯曲了；在两种不同的介质界面上传播时，波会发生反射和折射现象；在复杂的介质中，波的传播过程比较复杂，但其现象和光波的传播类似(详情见光的本质之源)。中心球形波在自由时空中传播的时候，其能量以及相应的一些性能，都随波源中心的距离逐渐衰减。物质波是概率波，其能量概率在时空中以微观粒子运动的概率性所决定。能子源版权，违之必究！