促使我寫這組文章的原因有三個：

一、女法醫(yī)王雪梅在馬躍案中有一段笑話“手機……突然接收了一個來自巨大網(wǎng)絡(luò)空間的異常信號，導致他的身體周圍突發(fā)電磁巨變……這個電磁巨變恰巧超越了……安全設(shè)施的最大防護能力”；

二、防輻射服顯然是商業(yè)騙局，不過打假者方舟子依然在深圳敗訴；

三、在我收到的大量民科郵件中，有一些民科用他們所認為的“波”的概念“解釋”現(xiàn)有的物理體系。有些錯誤的說法想駁斥非常難以直接展開，特別是對方用的不是科學界通用的語言時，（比如“椅子聽見喇叭廣播，導致吃椅子的人肝臟燃燒，這個燃燒恰好超越了房間的溫控能力”）。

因此，《波的科普》這系列文章嘗試科普跟波相關(guān)的一些知識，讓讀者了解波的物理之后，在與之有關(guān)的事情上能有自己的判斷。

波，通常指的是有規(guī)律傳播著的擾動。機械擾動的傳播形成機械波，電磁擾動的傳播形成電磁波。本文將簡單介紹機械波和電磁波的產(chǎn)生方式和傳播規(guī)律。我們先從機械波講起。

形成機械波，需要兩個條件，擾動和提供傳播的介質(zhì)。我們最熟悉的波應該是聲波，此時，我們的身體，就是擾動的來源，而空氣，就是提供傳播的介質(zhì)。真空中，聲音無法傳播。最簡單的擾動是周期性擾動，例如一個音叉，在空氣中來回振動時就近似是一個周期性擾動，產(chǎn)生的波也是周期性的。此時，我們可以通過周期性波來定義幾個概念，波長、周期、頻率和波速。

以下圖為例，黑色的點代表了空氣分子，黑色點的疏密代表了空氣分子的不同密度，我們有一個持續(xù)而穩(wěn)定的音源。聲音在空氣中傳播引起了空氣分子的密度周期性變化。在某一特定時間，密度是有規(guī)律隨空間分布的，從密度最大點（A）到右邊相鄰密度最大點（B）的距離稱為波長。在A點，分子的密度也是隨時間有規(guī)律地變化，從此時密度最大的時刻到下一密度最大的時刻稱為周期，周期是由擾動的源（圖中為喇叭）決定的。波的頻率，就是周期的倒數(shù)。大家都知道聲音的傳播是有速度的，這個速度就是波長除以周期。波長，就相當于密度最大點離開A點時，經(jīng)歷一個周期后傳播的距離。大家可以想象一下，一個周期后，A點密度又回到最大，那么此時原處于A的密度最大點正好傳播到了B點。

A點→B點

（縱波圖片來源：http://www./audio/01/sound-waves.html）

空氣中的聲速大約是340米/秒，這跟介質(zhì)（這里是空氣）內(nèi)部單元的相互作用力有關(guān)的，通常來說，相互作用力越大、密度越低，波速越大。對聲波具體而言，溫度越高、氣體摩爾質(zhì)量越小（比如將空氣中的氮氣換成同等比例的氦氣），速度越快。 液體和固體中內(nèi)部單元相互作用力大于氣體，所以液體和固體中的聲速大于氣體中的聲速。此外，固體中因為內(nèi)部單元間有切向的力量（想象一長饅頭沿x軸放置，我們既可以沿x軸擠壓拉伸，也可以在y軸和z軸方向扯一扯，饅頭都不會斷裂），所以固體中可以有新的傳播方式。“擠壓拉伸”的波稱為縱波，空氣中聲音的傳播就是縱波，所謂“縱”，就是內(nèi)部單元振動的方向沿著波的傳播方向；如果內(nèi)部單元振動的方向垂直于波的傳播方向，就是橫波，如下圖右邊彈簧的示例。

—————————————→X軸

縱波與橫波

（圖片來源：http://www./class/waves/u10l1c.cfm）

相隔很遠的兩個人說話時，不考慮回聲時，甲的一個聲音只會在一個時間點到達乙的耳朵。而固體中的振動傳播時，因為有不同的振動模式，對應不同的相互作用力，因而對應不同的波速，振動可以在兩個不同時間點傳播到異地。地震發(fā)生在地表幾十公里甚至幾百公里以下，而人類生活在地表上，所以地震的振動產(chǎn)生后，影響地表兩次，一次通過縱波傳遞，一次通過橫波傳遞，橫波的波速大約是縱波的60%。橫波對人類建筑物的影響較大，因此，如果人們探測到縱波，并且及時反應的話，也許能在橫波傳遞到地面前爭取到一些逃生時間?；◢弾r中的縱波的速度大約是5000米/秒，假如地震發(fā)生在50公里深處，橫波縱波的間隔就是四秒鐘的時間，考慮到建筑物不是第一時間就會倒塌，人往往能爭取到十幾秒以上的逃生時間。日本的地震預警系統(tǒng)就是為普通人群爭取這幾秒或者幾十秒的時間差。現(xiàn)在很多筆記本電腦有加速計，可以用來探測意外的沖擊，UC，Riverside的一位科學家就考慮過用大量有加速計筆記本聯(lián)網(wǎng)作為測量網(wǎng)絡(luò)，用以探測和第一時間通知地震的產(chǎn)生。

電磁波是電磁振蕩的傳播，它不需要介質(zhì)。一個簡單產(chǎn)生電磁振蕩的方法就是做交變運動的電荷系統(tǒng)，比如兩個連接在一起的導體球，一個帶正電荷，一個待負電荷，導體球上的電荷交替地變化。與之前提到的機械波不同，電磁波的振蕩是電場和磁場的振蕩，而不是介質(zhì)內(nèi)部單元的機械振蕩，正好電場與磁場又都可以存在于真空中，所以電磁波可以在真空中傳播。當然，電磁波也可以在介質(zhì)中傳播。在傳播過程中，電場與磁場的方向均垂直于傳播方向（見下圖），因此，電磁波是一種橫波。真空中，電磁波的波速可以理論推導而出，數(shù)值等于光速（299 792 458 m/s）；歷史上也因為如此，麥克斯韋預言光的實質(zhì)就是電磁波。因為光速遠大于地震機械波的速度，人們得到地震縱波的信息后，通過電磁波傳播出去，才能在地震橫波抵達前將信息送到世界各地。

波的傳播方向向右。E代表電場，H代表磁場。

（圖片來源：http://web2./courses/physics/high_schools/2010/ThreeDTV/wave.html）

電磁波與機械波一樣，也有波長和頻率，因為電磁波不同于機械波，在真空中的波速是固定值，因此，電磁波的頻率和波長是對應的。人們根據(jù)電磁波的不同波長或者不同頻率，習慣上將電磁波稱為無線電波、光、X射線等。可見光，就是我們最容易感知到的電磁波，我們所感知到的不同顏色的光，其實就是不同波長的電磁波。無線電波中，可以通過頻率的變化傳遞信號，也可以通過振幅的變化傳遞信號，這就是無線電波中FM（Frequency modulation）和AM（Amplitude modulation）的來由。

圖中，波依照波長，被稱為Gamma射線、X射線、紫外、可見光、紅外、無線電波

（圖片來源：http://physics./waves/wavelength-spectrum.html）

由上可見，機械波也好、電磁波也好，并不是什么神秘的東西，它們在現(xiàn)實生活中有著小學生都明白的例子。一味地恐懼電磁波，特別是因為未知而恐懼，是沒有必要的?，F(xiàn)在應該很少有害怕電臺廣播在身邊無處不在的人了，至于可見光，人們要是害怕生活中也躲不了。

不同的電磁波與物質(zhì)的相互作用方式不同，那么，我們?nèi)绾沃啦ǖ挠绊懩兀勘鞠盗械诙恼聦募兾锢淼慕嵌冉榻B波如何與物質(zhì)相互作用。

本文為《波的科普》系列文章之（一），作者為物理學家