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描述波動的物理量有哪些?

“波”原本是壹大類物理現象的專有名詞,比如水波、彈性介質波、電磁波、引力波、具有波粒二象性的物質波等等。“波動”是對壹些社會現象和心理或生理現象的借用術語,如“價格波動”、“股市波動”、“情緒波動”、“血壓波動”等等。首先指出本文討論的只是物理中的漲落。

在維基百科中,物理學中與物質和能量相關的波大致是這樣定義的:“波或波是物理量的擾動隨著時間的進展在空間中傳播的物理現象(也可以說是在時空中傳播)”。這個定義是目前物理學的主流觀點,大多數物理學家都認同這個定義或者類似的定義。本文也同意並僅討論這樣的定義。在網上,有人提出了物理學中漲落的另壹種定義。本博客僅采用物理學的主流觀點,不打算討論漲落的另壹種定義。在維基百科中,信息的傳播也被視為壹種波動,但信息是代表場的物理量嗎?需要進壹步研究,所以為了慎重起見,本文不把信息的傳播看成是物理學中的漲落。

我們以引力波為例,解釋壹下基於廣義相對論的上述波動的定義。根據廣義相對論的引力場方程,當時空間中物質的動力張量發生變化時,時空中的度規張量和曲率張量(這些是描述引力場幾何特征的物理場)也發生變化,出現擾動。度規張量、連接系數、曲率張量的擾動都是物理量擾動,它們在時空中的傳播總稱為引力波。規範張量、接觸系數和曲率張量的傳播也可以分別稱為規範波、接觸波和曲率波。曲率波通常被描述為“時間和空間中的波紋”。

必須強調的是,所謂“物理量的擾動隨時間的進展在空間傳播”,本質上是相位的傳播,即前壹位置前壹時刻的相位在後壹時刻傳播到下壹位置(例如前壹位置前壹時刻的峰值在後壹時刻傳播到下壹位置,相位相同)。不熟悉相位概念的讀者可以復習壹下大學普通物理。