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什么是物理学上的波动?

已有 7390 次阅读 2016-3-24 13:04 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记|关键词:background,物理学,style| 物理学, style, background

       什么是物理学上的动?


‘波动’原是一大类物理现象的专有名词,如水波、弹性介质波、电磁波、引力波、以及具有波粒二象性的物质波、等等都是物理学上的波动。‘波动’又是一些社会现象和心理或生理现象的借用名词,如‘物价波动’、‘股市波动’、‘情绪波动’、‘血压波动’等等。首先指出,本文所讨论的只是物理学上的波动。

维基百科全书中,对物理学上与物质及能量相联系的波动大致是这样定义的:“波或波动是物理量扰动随着时间的进展在空间中传播(也可说成是在时空中的传播)的一种物理現象”。这个定义是目前物理学的主流看法,多数物理学者赞同这个定义或类似的定义。本文也赞同并且只讨论这样的定义。在网上对物理学上的波动,有人提出过另外的定义,本博只采用物理学的主流看法,不打算对另外的波动定义进行讨论。维基百科全书中把信息的传播也看成是一种波动,但信息是否是一种表征场的物理量?尚待深入研究,为慎重起见故本文不把信息的传播视为物理学上的一种波动。

下面我们以引力波为例,基于广义相对论来说明上述波动的定义。按照广义相对论的引力场方程,当时空中物质的能动张量发生变动时,时空中的度规张量,因之联络系数、曲率张量(这些都是描述引力场几何特性的物理场量)也随之发生变动而出现扰动。度规张量的扰动、联络系数的扰动、曲率张量的扰动都是物理量扰动,它们在时空中的传播总称为引力波。也可分别把度规张量的扰动、联络系数的扰动、曲率张量的扰动的传播各别称为度规波、联络波、曲率波;并且常把曲率波形象地说成是‘时空涟漪’。

必须强调指出,所谓“物理量扰动随着时间的进展在空间中传播”实质上是相位的传播,即处于上一位置在前一时刻的相位于后一时刻传播到下一位置(例如于上一位置在前一时刻的波峰于后一时刻传播到下一位置,两者相位相同)。对相位概念不熟悉的读者可复习大学普通物理。

还要指出,目前大多数学者是在广义相对论的基础上研究引力波;可是,物理理论已进展到在引力规范场理论的基础上来研究万有引力现象。在引力规范场理论的基础上来研究引力波与在在广义相对论的基础上来研究引力波是有所不同的。例如,在广义相对论中,联络系数可由度规张量算出,而在在引力规范场理论中联络系数与度规张量彼此互相独立。

进行引力和引力波实验,必须有理论指导。现在,我国在引力和引力波实验方面,正在积极赶超世界先进水平,希望在引力和引力波理论方面,也能快速赶超世界先进水平。


         







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2 董焱章 朱林

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