羅皓宸

振動(dòng)是指一個(gè)物體相對(duì)于靜止參照物或處于平衡狀態(tài)的物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。某一時(shí)刻t的位移y（t）達(dá)到最大值y0。周期T是一次振動(dòng)的時(shí)間，也就是系統(tǒng)在振動(dòng)中兩次相同狀態(tài)的間隔。周期T的倒數(shù)是頻率f，即：f=1/T，計(jì)量單位為“赫茲”。當(dāng)回復(fù)力與振幅成正比，此振動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。而且在能量層面上，振動(dòng)的基礎(chǔ)是一個(gè)系統(tǒng)在兩個(gè)能量形式間的轉(zhuǎn)換。比如單擺是一種勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。在我們高中的教科書(shū)上，簡(jiǎn)諧振動(dòng)作為一種重要情況來(lái)加以學(xué)習(xí)和研究。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述是y（t）=y0·sin（2πft+？準(zhǔn)0），其中y0=振幅，？準(zhǔn)0=振動(dòng)的初相位。

我一直好奇為什么這樣一種簡(jiǎn)單而特殊的運(yùn)動(dòng)值得如此關(guān)注。而當(dāng)最近學(xué)到關(guān)于波的理論后，我發(fā)現(xiàn)振動(dòng)竟然是波產(chǎn)生的原動(dòng)力。如果在空間某處發(fā)生的振動(dòng)以一定速度向四處傳播，那么這種傳播著的振動(dòng)就被稱為波。例如我們考慮聲音在空氣中的傳播?？諝饪梢员怀橄鬄檫B續(xù)不斷的并擁有無(wú)窮個(gè)質(zhì)點(diǎn)的系統(tǒng)。質(zhì)點(diǎn)之間有彈性作用力，也就是說(shuō)質(zhì)點(diǎn)之間可以想象成用彈簧連接，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都有一個(gè)平衡位置。這樣一個(gè)擁有無(wú)窮個(gè)，相互作用著的簡(jiǎn)諧振子集合就是波的傳播媒介。當(dāng)系統(tǒng)中一處質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置，它就受到周圍質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的指向平衡位置的作用力。質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用使得波得以傳播，而引起媒介振動(dòng)的振動(dòng)物體稱為波源。從以上描述可以看出，簡(jiǎn)諧振動(dòng)是波傳播的基本要素?？諝饷刻幍恼駝?dòng)既可以是波的起源，也是波傳播的媒介?；蛘哒f(shuō)波讓振動(dòng)有了移動(dòng)力和生命力。至此我已經(jīng)完全對(duì)振動(dòng)的崇高地位沒(méi)有任何懷疑。

一旦振動(dòng)打開(kāi)了波“世界”的大門，我有點(diǎn)應(yīng)接不暇的感覺(jué)。從最初的機(jī)械波開(kāi)始，我又學(xué)習(xí)了電磁波、物質(zhì)波等各種波。盡管這些波具有不一樣的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是它們的基本模式都可以用簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)描述。正因?yàn)椴ǖ恼駝?dòng)特征，不同的波相互作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。兩列波在媒介中傳播發(fā)生重疊時(shí)，重疊范圍內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)參與兩個(gè)波的振動(dòng)。若兩波的波峰（或波谷）同時(shí)到達(dá)同一地點(diǎn)，稱兩波在該點(diǎn)同相，形成的干涉波會(huì)產(chǎn)生最大振幅，稱為相長(zhǎng)干涉；若兩波在某些地方某些時(shí)刻分別處于波峰和波谷，形成的干涉波會(huì)產(chǎn)生最小振幅，稱為相消干涉。干涉的一個(gè)重要條件是兩列波的波源有穩(wěn)定的相干性，其意義就是這兩列波波源的振幅和相位都是相關(guān)的。在相干波源的條件下，波程差可以很好地量化干涉的狀況。波程差是指兩列波從波源傳播到某一質(zhì)點(diǎn)的路程之差。在波的干涉中，當(dāng)兩波源的相位差為零時(shí)，若某質(zhì)點(diǎn)波程差為整數(shù)倍的波長(zhǎng)，則該質(zhì)點(diǎn)為振動(dòng)被加強(qiáng)的點(diǎn)；若該點(diǎn)波程差為（n+1/2）倍波長(zhǎng)，則該點(diǎn)處于相消干涉狀態(tài)。也就是說(shuō)波程差控制了干涉狀態(tài)。

最近我看到2017年諾貝爾物理獎(jiǎng)授予給引力波的觀測(cè)。3位獲獎(jiǎng)美國(guó)科學(xué)家用激光干涉引力波天文儀（LIGO）來(lái)發(fā)現(xiàn)和探測(cè)以前只是在理論上存在的引力波。以上內(nèi)容簡(jiǎn)介中我發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)熟悉的概念：干涉和波。于是我試圖用已學(xué)的知識(shí)理解這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的內(nèi)容。根據(jù)廣義相對(duì)論時(shí)空就像是一個(gè)可以彎曲的介質(zhì)，任何有質(zhì)量的物體在其中運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生引力波，又稱“時(shí)空的漣漪”。但這種引力波極其微弱，連愛(ài)因斯坦都認(rèn)為引力波很可能無(wú)法測(cè)量。但是一些科學(xué)家不畏艱難，迎接挑戰(zhàn)，搭建了巨型的引力波探測(cè)器。探測(cè)器有兩個(gè)長(zhǎng)達(dá)4公里的L型長(zhǎng)臂。當(dāng)引力波通過(guò)長(zhǎng)臂引起激光波程差的變化，激光干涉就能探測(cè)出引力波的存在。這樣巨大的實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)大波程的激光干涉盡可能放大引力波的影響。引力波的探測(cè)讓我們有了新的認(rèn)識(shí)宇宙的工具。在2015年LIGO首次探測(cè)到雙黑洞合并的引力波。最近LIGO又探測(cè)到從中子星合并中產(chǎn)生的引力波。endprint