從波動方程到無線電閱讀答案

　　波動方程讓很多科學家得到啟示，但它影響最深遠的還是對麥克斯韋電磁方程的研究，以至隨後產生的無線電和電視到雷達以及手機使用的微波通訊都與它有間接的關係。以下是小編為你整理的，希望能幫到你。

　　《從波動方程到無線電》閱讀材料

　　我們生活在一個波的世界裡，我們的耳朵將空氣中的壓縮波識別為聲音，我們的眼睛探測光波。發生地震時，破壞是由穿透地球的地震波造成的。

　　數學家和科學家們幾乎必定會想到波，但他們受到的啟發來自藝術：小提琴的琴絃是怎麼發出聲音的?這個問題可以追溯到古希臘的畢達哥拉斯學派，他們發現如果兩根同樣型別、同樣拉力的弦的長度為簡單比，如2：1或者3：2，它們就會產生共同彈奏時聽起來極為和諧的音符。弄明白這種現象的是瑞士數學家約翰•伯努利。他得出，弦振動最簡單的形態就是一根正弦曲線。還有其他的振動方式——一條以上的波合入這條弦的正弦曲線，也就是音樂家所說的和聲。

　　近20年之後，讓•勒朗•達朗貝爾進行了一個相似的過程，但他關注的是簡化運動方程式而非方程式的解。結果他得到了一個描述弦的形態隨著時間變化而變化的優美的方程式，這就是波動方程，它表明弦的任何一小段的加速度與其所受到的拉力成正比。這是簡單數字比率產生和諧音符的原因之一。

　　波動方程經過修正後能夠處理更加複雜和混亂的現象，如地震。成熟的波動方程讓地震學家能夠探測到我們腳下數百英里處的情況，這個領域最大的成就將是預測地震和火山噴發的可靠方法，而目前正在研究的諸多方法都是基於波動方程的。

　　但波動方程影響最深遠的產物來自對麥克斯韋電磁方程的研究。1820年，大多數人還在用蠟燭和燈籠照明，如果要傳送資訊，你就得寫信。100年之後，家中和街道都有了電燈，電報則意味著可以傳送跨越大洲的資訊，人們甚至開始通過電話與人交談了。

　　這場社會和技術革命是由兩位科學家的發現所引起的。1830年左右，邁克爾•法拉第建立了電磁學基礎物理理論。當時，絕大多數致力於電和磁方面研究的物理學家都在尋找與萬有引力類似的東西，他們認為這是一種在間隔一定距離的物體之間發生作用的力。法拉第則不這麼認為：他假設電和磁這兩種現象都是遍佈在空間中的場，隨著時間的變化而變化並能夠通過它們所產生的力而被探測到。

　　麥克斯韋通過模擬流體運動數學重建了這些公式。到1864年，麥克斯韋已經寫出了4個方程式，描述電場和磁場間基本的相互作用。他通過對方程式進行一些簡單的處理，成功得到了波動方程並推匯出光肯定是一種電磁波。這本身就是一個大新聞，因為從未有人想到過，光、電和磁之間存在這樣的重要聯絡。不僅如此，麥克斯韋的方程式催生了一個激動人心的預言——所有波長的電磁波都應當存在。一些波長超過我們所能看到的電磁波將改變這個世界：它們就是無線電波。

　　1887年，海因裡希•赫茲從實驗上證明了無線電波的存在，但他沒有意識到它們最具革命性的用途。如果在這樣的波上加入訊號，那麼你就可以和世界對話。尼古拉•特斯拉、伽利爾摩•馬可尼和其他一些人將這一夢想變成了現實，而現代通訊的全套裝備——從無線電和電視到雷達以及手機使用的微波通訊——都自然而然地隨之而來了，而這些都是源自4個方程式和一些簡單的計算。麥克斯韋的方程式不光改變了世界，它們還打開了一個新的世界。

　　***節選自伊恩·斯圖爾特《主宰你生活的七個方程式》，有刪改***