神探贝斯特-第52部分

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是在空气中，并选择了适当的基准值情况下）。

　　　　声学　…　研究方法

　　　　波动声学

　　　　也称物理声学。是用波动理论研究声场的方法。在声**长与空间或物体的尺度数量级相近时，必须用波动声学分析。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。在关闭空间（例如室内，周围有表面）或半关闭空间（例如在水下或大气中。有上、下界面），反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动（称为简正振动方式或简正波）。简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的（注意到声**长较大和速度小等特性）。

　　　　射线声学

　　　　或称几何声学。它与几何光学相似。主要是研究波长非常小（与空间或物体尺度比较）时，能量沿直线的传播。即忽略衍射现象，只考虑声线的反射、折射等问题。这是在许多情况下都很有效的方法。例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时，都用声线概念。

　　　　统计声学

　　　　主要研究波长非常小（与空间或物体比较），在某一频率范围内简正振动方式很多，频率分布很密时，忽略相位关系，只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。赛宾公式就可用统计声学方法推导。统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。在声波传输中，统计能量技术解决很多问题，就是一例。

　　　　分支学科次声学、超声学、电声学、大气声学、音乐声学、语言声学、建筑声学、生理声学、生物声学、水声学、物理学、力学、热学、光学、电磁学、核物理学、固体物理学。

　　　　应用

　　　　科研应用

　　　　利用对声速和声衰减测量研究物质特性已应用于很广的范围。测出在空气中，实际的吸收系数比19世纪g。g。斯托克斯和g。r。基尔霍夫根据粘性和热传导推出的经典理论值大得多，在液体中甚至大几千倍、几万倍。这个事实导致了人们对弛豫过程的研究，这在对液体以及它们结构的研究中起了很大作用。对于固体同样工作已形成从低频到起声频固体内耗的研究，并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。

　　　　表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。

　　　　瑞利时代就已经知道的表面波，现已用到微波系统小型化发展中。在压电材料（如石英）上镀收发电极，或在绝缘材料（如玻璃）上镀压电薄膜都可以作成表面波器件。声表面波的速度只有电磁波的十万分之几，相同频率下波长短得多，所以表面波器件的特点是小，在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件，可在电路小型化中起很大作用。

　　　　声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。将声信号变成电信号，而电信号可经过电子计算机的存储和处理，用声全息或声成像给出的较多的信息充分反应被检对象的情况，这就大大优于一般的超声检测方法。固体位错上的声发射则是另一个无损检测方法的基础。

　　　　声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来研究，应用声波的非线性特性可以实现和研究声与声的相互作用，它还用于高分辨率的参量声呐（见非线性声学）中。　用热脉冲产生的超声频率可达到1012hz以上，为凝聚态物理开辟了新的研究领域。（。。）

第256章　物理学之声学　下（）　
次声学主要是研究大气中周期为一秒至几小时的压力起伏。火山爆发、地震、风暴、台风等自然现象都是次声源。研究次声可以更深入地了解上述这些自然现象。次声在国防研究上也有重要应用，可以用来侦察和辨认大型爆破、火箭发射等。大气对次声的吸收很小，比较大的火山爆发，氢弹试验等产生的次声绕地球几周仍可被收到，可用次声测得这些事件。固体地球内声波的研究已发展为地震学。

　　　　研究液氦中的声传播也很有意义。早在40年代，Л。Д。朗道就预计液氦温度低于λ？点时可能有周期性的温度波动，后来将这种温度波称为第二声，而压力波为第一声。对第一声和第二声的研究又得到另外两种声：第三声超流态氦薄膜上超流体的纵波，第四声多孔材料孔中液氦中超流体内的压缩波。深入研究这些现象都已经成为研究液氦的物理特性尤其是量子性质的重要手段。

　　　　声波可以透过所有物体：不论透明或不透明的，导电或非导电的，包括了其他辐射（如电磁波等）所不能透过的物质。因此，从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。近年来在地震观测中，测定了固体地球的简正振动，找出了地球内部运动的准确模型，月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果，也同样令人满意。进一步监测地球内部的运动，最终必将实现对地震的准确预报。从而避免大量伤亡和经济损失。

　　　　通信应用

　　　　语言通信：主要研究语言的分析、合成和机器识别问题。录放声设备和电子计算机的发展在这些工作中起了很大促进作用。已作到语言可以根据打字文稿按声学规律合成声音，有限词汇的口语可以用机器自动识别。口语也可以转化为电码或由电码再转换为声音（声码器）并保存原来口语的特性。现在语言通信的设备还比较复杂，系统的质量和局限还有待于改进。这种改进不仅是技术上的。更重要的是对语言的产生和感知的基本理解。这只有深入进行语言和听觉的基础研究才能得到解决，而不是近期所能完成的。

　　　　医疗应用

　　　　除了助听、助语设备外，声学在医学中还有很多可以应用的方面，但发展都很不够或根本未发展，特别是在治疗方面。有迹象说明低强度超声可加速伤口愈合，同时施用超声和x射线可使对癌症的辐射治疗更加有效，超声辐射可治愈脑血栓等，但这些都未形成常规的治疗手段。主要原因是不能确定适当的剂量，超声治疗的机理不明。不清楚是局部加热的结果，还是促进体液的流动起的作用。

　　　　超声检查体内器官并加以显示的方法有广泛的应用声波可透过人体并对体内任何阻抗的变化灵敏（折射、反射），因此超声透视颅内、心脏或腹内的某些功效远非x射线可比，而且不存在辐射病，但使用时也有局限。超声全息用于体内无损检测的技术则尚待发展。达到临床使用的超声技术还包括利用多普勒效应查体内运动（包括胎儿运动及血管内血液的流速等），神经外科在脑的深部用聚焦的超声波造成破坏而不影响大脑的其他部分，利用超声处理治疗人耳中的平衡机构等。牙科用超声钻钻牙而丝毫不影响软组织，可以大大减少病人的不适。

　　　　环保应用

　　　　当代重大环境问题之一是噪声污染，社会上对环境污染的意见（包括控告）有一半是噪声问题。除了长期在较强的噪声（90db以上）中工作要造成耳聋外。不太强的噪声对人也会形成干扰。例如噪声级到70db，对面谈话就有困难，50db环境下睡眠、休息已受到严重影响。近年来，对声源发声机理的研究受到注意。也取得了不少成绩。例如，撞击声、气流声、机械振动声等的理论研究都取得重要成果，根据噪声发生的机理可求得控制噪声的有效方法。

　　　　建筑学应用

　　　　环境科学不但要克服环境污染。还要进一步研究造成适于人们生活和活动的环境。使在厅堂中听到的讲话清晰、音乐优美是建筑声学的任务，厅堂音质的主要问题是室内的混响。宿舍、公寓建筑的声学问题主要不是研究室内音质（因为房间都很小。混响时间不长），而常常是研究隔声。即要求尽量减小邻居之间的互相干扰：如楼上走路，楼下听得很清楚。隔声大小与墙壁或楼板的厚度（或单位面积的质量）直接有关，但建筑界的倾向是向轻结构发展，与隔声要求正相反，这就给声学家提出难题，劲度控制也许是解决这个矛盾的方法，但还需要做大量工作。城市噪声控制和音质涉及了多方面的问题，非常复杂，许多学科的专家都为此做出了重要贡献，但还有待更深入的进展。

　　　　声学与振动

　　　　《声学与振动》openjornalofacostidvibration是一本关注声学与振动领域最新进展的国际中文期刊，由汉斯出版社出版发行。主要刊登声学与振动领域最新技术及成果展示的相关学术论文。支持思想创新、学术创新，倡导科学，繁荣学术，集学术性、思想性为一体，旨在为了给世界范围内的科学家、学者、科研人员提供一个传播、分享和讨论声学与振动领域内不同方向问题与发展的交流平台。

　　　　研究领域：

　　　　声学

　　　　普通线性声学

　　　　非线性声学

　　　　流体动力声学

　　　　超声学、量子声学和声学效应

　　　　次声学

　　　　水声和海洋声学

　　　　结构声学和振动

　　　　噪声、噪声效应及其控制

　　　　建筑声学与电声学

　　　　声学信号处理

　　　　生理、心理声学和生物声学

　　　　语言声学和语音信号处理

　　　　音乐声学

　　　　声学换能器、声学测量及方法

　　　　声学测量方法

　　　　声学材料

　　　　信息科学中的声学问题

　　　　与声学有关的其它物理问题和交叉学科

　　　　振动与波

　　　　线性振动力学

　　　　非线性振动力学

　　　　弹性体振动力学

　　　　随机振动力学

　　　　振动控制理论

　　　　固体中的波

　　　　流体—固体耦合振动

　　　　振动与波其他学科（。。）

257　物理学之光学　上（）　


258　物理学之光学　中（）　
1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。

　　　　1905年9月，德国《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的“关于运动媒质的电动力学”一文。第一次提出了狭义相对论基本原理，文中指出，从伽利略和牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应用范围只限于速度远远小于光速的情况，而他的新理论可解释与很大运动速度有关的过程的特征，根本放弃了以太的概念，圆满地解释了运动物体的光学现象。

　　　　这样，在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒性。

　　　　1922年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效应，以及当时已能从实验上获得的原子光谱的超精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理紧密相关的。光学的发展历史表明，现代物理学中的两个最重要的基础理论——量子力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。

　　　　此后，光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。其中最重要的成就，就是发现了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射，并且创造了许多具体的产生受激辐射的技术。

　　　　爱因斯坦研究辐射时指出。在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子。造成连锁反应，雪崩似地获得放大效果。最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。1960年，西奥多。梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。

　　　　光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提出的显微镜成像理论，和1906年波特为之完成的实验验证；1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖；1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现原理。为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。自20世纪50年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了所谓“傅里叶光学”。再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域——光学信息处理。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。

　　　　在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。激光光谱学。包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。

　　　　研究内容

　　　　我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。

　　　　几何光学

　　　　是从几个由实验得来的基本原理出发。来研究光的传播问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。

　　　　物理光学

　　　　是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振。以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。波动光学可以解释光在散射媒质