自然界的随机现象（自然界中的波动现象）

这篇文章紧接着上一篇文章，主要就是介绍声波、光波等波的共同特征，通常适用于描述机械波和电磁波。目前科学家对引力波了解的还不够多。至于物质波，则属于微观粒子因为不确定性原理产生的概率波，需要用量子力学中的波函数来准确描述。

为了方便大家理解，部分内容可能不严谨，还请谅解。

各种形式的波都具有周期性。通常我们用波长和频率来定量的描述波。

波长指的是波在一个振动周期内传播的距离，形象点来说就是相邻的两个波峰或波谷的距离。

波的频率是指波在单位时间内完成周期性变化的次数，即周期T的倒数f=1/T。频率越高，说明波的周期性变化次数越快，所具有的能量也就越高，比如伽马射线的频率就极高，其穿透能力也极强。波的频率通常由波源决定。

此外波还有振幅和相位的概念。

振幅是表示波在传播过程中的振动强度的物理量，简单点理解就是波谷到波峰的高度的一半，这就是波的振动幅度。波在实际传播过程中，随着能量的衰减，振幅会逐渐减小。

相位可能有点不好理解，简单点来说就是周期性振动过程中质点在特定时刻所处的位置，同一频率的两列波之间还存在相位差的概念。

为了更好的理解，举个例子，在一平面直角坐标系内有一列频率恒定的波，当我们沿横轴平移时，其相位就发生了变化；如果我们沿纵轴进行压缩，波的振幅就会变小。

不同形式的波在同一介质中的传播速度不同。比如先看见闪电，后听见雷声，就是因为光波比声波在空气中的传播速度快。

同一类型的波在不同介质中的传播速度也不一样。比如声波在海水中的传播速度比在空气中的传播速度快。在空气中声音的传播速度为340米每秒，在海水中大约为1500米每秒。

频率一样的同类型波在同一均匀介质中的传播速度相同。不同频率的同类型波在同一介质中的传播速度不一样，频率越高速度越慢，折射率也就越大，光的色散现象就是因此产生的。

波的速度v、频率f及波长λ三者之间的关系为v=fλ，对于在真空中传播的电磁波，这里的v就变成了光速c，并且光速在真空中是恒定的。

不管是机械波还是电磁波，它们的传播规律都大致相同。波在传播的过程中，会发生折射、反射、衍射、干射、散射、吸收及偏振等现象。

折射和反射主要发生在不同介质的界面上。波由一种介质进入另一种介质时，传播方向的改变称之为波的折射，比如筷子在碗中的弯折现象，就是由于光的折射造成的。当遇到障碍物反射回来继续传播的现象称之为波的反射，比如回声、镜像等现象就是反射的体现，当入射波与反射波发生干扰时还会形成驻波。

波的衍射是指波在传播过程中遇到障碍物时可以绕过障碍物并继续传播的现象。当障碍物的尺寸跟波的波长差不多或者比波长小时，才能观察到明显的衍射现象。

波的干涉其实就是波的叠加现象，两列或两列以上的波在一定条件下才能发生干涉现象。当两列波的频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定时才会发生相干。两列波的干涉会使波的振幅相互加强或者减弱。

波的散射是指由于传播介质的不均匀引起的，当波通过不均匀的介质时，一部分会偏离原来的传播方向。比如太阳光通过大气层时就会发生散射，天空之所以是蓝色的就与散射有关。散射与折射是不同的，散色发生在同一介质中，而折射发生在不同介质的分界面上。

（晚霞就是由于大气对阳光的散射形成的）

通常波以球面形式向远方传播，因为能量守恒，随着距离的增加，波的强度与能量都会发生衰减。而且当波在传播时，还会被介质吸收，不同介质对波的吸收能力也不同。

至于偏振是指横波的振动方向与传播方向并不完全垂直，而偏于某些方向的现象。只有横波才会发生偏振现象，纵波不会发生偏振。我们所见到的自然光都是属于非偏振光。

本文到这儿就结束了，对于部分概念，将会在以后的文章中更加详细的说明。预告，在下一篇文章中将会介绍波粒二象性及多普勒效应等内容。

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