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萬物皆波,我們這個觀浪者的世界

由 冷月的環球之旅 發表于 遊戲2022-04-28
簡介三年後一項實驗證實,向兩條縫隙發射一串粒子,會如一道波一樣出現干擾現象

波字什麼屬性

如果我們開啟電視,會發現裡面播放的節目常出現某些“波浪”。它可能是一場對某處海岸造成了破壞的颱風,一次引發海難的巨浪,一波被衝浪者征服的夏威夷海浪,一次覆蓋或露出了一部分海灘的潮汐,一道在峽灣或河流中的駐波。或者,是最為常見的環抱著度假者的、溫馴而普通的海浪。

電視向我們展示這些波浪,是因為它們投射在水岸邊的那些無休止的、多姿多彩的、催眠般的節目,無論對古人還是今人,老人還是青年來說,都極富魅力。

萬物皆波,我們這個觀浪者的世界

有的人深深沉溺於一種英文稱為“wave watching”(觀浪)的活動。加文·普雷托爾—平尼甚至以此為題,寫了一本引人入勝又令人稱奇的書(中文版名為《波行天下》),並將其定義為“觀浪者的圖文指南”。

這是平尼作為唯一作者的第二部作品。他對於觀察周圍的世界有著過人天賦,能把我們的世界最深奧的各個方面化為一部知識百科全書。數年前他的開山之作《觀雲手冊》(The Cloudspotter’s Guide,2006)則是“雲朵觀察者的圖文指南”,揭穿了所謂“觀雲不過是遊手好閒者打發時間的方式,與其他的幻想一樣傻里傻氣”的說法。

恰恰相反,觀察雲朵是瞭解天空、讀懂天空警示的方式之一。這不僅是最自然最直接的方式,更是很長時間內農民和海員預測天氣的唯一途徑。畢竟我們今天使用的天氣預報直到19世紀中期才得以引入,準確地說,是由菲茨羅伊船長,這位“小獵犬號”帆船的掌舵者所引入的。而“小獵犬號”的航行,因一位名叫查爾斯·達爾文的乘客一路觀察,而改變了人類歷史。

萬物皆波,我們這個觀浪者的世界

儘管非常有趣,雲依然僅僅是一種地球現象。而觀浪卻能展現波浪如何構建出一個無限的宇宙奇觀,甚至可以說它們是“為了宇宙而激盪、閃耀”。例如,電視播放中,未調至特定電視臺頻段時出現的“雪花點”,實際上就是受宇宙輻射的影響所致,這些輻射產生於宇宙初創之時,是大爆炸的產物。

現在,所有型別的輻射都是波,有關電視節目的“電波”這個詞正是見證。顯然這並不是比喻電視給我們提供的東西都很“水”,而是字面上說明了電視節目恰恰是電磁波的傳遞。

無論從什麼角度來講,電磁波確實是一種波,即使在它的傳遞中媒介不是必需的。因此它能夠在真空中以光速,即大約30萬公里每秒的速度穿梭。電磁波的大家庭人丁興旺,成員之間以波長區分。

處於一個極端的是短波家族,其中的首位成員便是伽馬射線,它的應用以醫學領域的正電子發射斷層掃描(PET)為例。接下來是X射線,應用於X光成像。此外還有紫外線,當我們無保護地處於太陽光下時會被其灼傷。

處在另一個極端的長波家族中則有紅外線,應用於遙控器,也用以進行電氣裝置之間的無線連線。然後是微波,現代化烤箱執行的基礎。最後是無線電(短波、中波、長波),一說名字我們就能明白它應用於無線電廣播節目。

電磁波光譜中,位於上述兩者之間的是可見光帶。我們的視覺器官可以對它們做出反應,將各種波長的光線感知為從紫色到紅色的不同色彩。

我們的聽覺器官則對聲波有所感知。聲波與海上的波浪更相似,一個透過水傳遞,另一個使用的媒介是空氣。聲波是由眾多各式各樣的工具的振動產生的:吉他或小提琴的弦、鼓的鼓膜、蒼蠅的翅膀,或者牛仔抽打的鞭子。

萬物皆波,我們這個觀浪者的世界

最後這個現象特別有意思,它是“速度超過1馬赫(約1200公里每小時)的飛機突破音障”的家庭版。手傳遞到鞭子手柄的振動又以加速方式傳遞到鞭子的尖端,其速度超過了音速,在空氣中引發衝擊波,恰如超音速飛機的音爆效果。

水和空氣不是僅有的兩種能傳遞振動和波的介質,土壤也可以,例如地震。我們在地表感覺到的地震是由地震波引起的,有些是地殼的水平震動,有些則是垂直的。但在地下深處存在著更多其他的震動,它們會造成P波與S波,即前者的縱向壓縮和擴張,以及後者的橫向震動。

“土地、海洋與天空”也不是波施展力量的全部舞臺,它還能涉及許多看似風馬牛不相及的物質,包括動物的身體。比如,在具備心血管系統的動物內部,血液迴圈正是透過心臟搏動引起的波動實現的。而在蠕蟲類或蛇類身體中,血液迴圈則是由生物體本身的縱向或橫向波動形成的。

萬物皆波,我們這個觀浪者的世界

不過,最令人嘖嘖稱奇且神秘莫測的波,來自20世紀初量子力學的新發現。在那之前,人們認為光是一種純粹的波動現象。1801年托馬斯·楊曾提出,一束光線同時穿過兩條狹縫時,會產生相互干擾現象,類似於一道海浪透過一座防波堤的兩個開口時的效果。

一個世紀後,1905年,阿爾伯特·愛因斯坦卻發現,如果用一束光線照射一塊帶電的金屬板,它的表現與機關槍發射一串子彈類似。那麼,怪事來了:在這種特定條件下,一道電磁波就像一個粒子。上述實驗表明,電磁波具備一種後來為人知曉並公認為雙重性的特徵。也就是說它不僅是一道波,也不只是一個粒子,而是兩者的結合。

1924年一位年輕的法蘭西公爵路易·德布羅意猜測,出於對稱,這件事反過來也應該是成立的,粒子也應該具有雙重性,會在特定條件下表現為波。三年後一項實驗證實,向兩條縫隙發射一串粒子,會如一道波一樣出現干擾現象。

1929年德布羅意收穫了諾貝爾物理學獎,正是因為他如此迴應了標題中的問題:萬物皆波!由於成為一道波,不僅僅需要外觀相像,更要具備乍一看去全然不屬於波的全部屬性,所以說,觀浪即是觀察世界,觀浪者就是真正的世界觀察者,也是事物本質真正的知悉者。

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