你利用它、踩着它、无视它，却不知它是你的全世界

刘萝卜锅

你利用它、踩着它、无视它，却不知它是你的全世界

惟有门前镜湖水，春风不改旧时波。

86岁的贺知章写下这句诗时，他不会想到，这其实是一个物理问题。

他当然更想不到，波，何止是眼前的百里镜湖，它简直就是整个世界。

花凋人老海桑田，波却老是那个波。

为啥？

贺知章没问，但物理老师却主动拎着耳朵告诉我们：所谓波，其实是能量传递的一种方式。他还敲黑板：这种方式，就是周期性的振动。

而语文老师却从未告诉我们：纵横驰骋这个成语，其实说的是波。

凡是波动，都有两种方向，一个是它振动的方向，一个是它传递的方向，也就是驰骋的方向。

你看白居易的浔阳江头，水波驰骋的方向是水平的，但水波本身是上下振动的。两种方向垂直，所以水波是横波。

你再听那水上的琵琶声，转轴拨弦间，引起了空气分子的振动——也就是弹出了声音，空气分子振动方向，老是顺着声波驰骋方向，两个方向一致，所以声波是纵波。

二十五弦弹夜月，投石惊破水中天。

你投之以能量，它报之以波波。不管是横波，还是纵波，敲黑板：都只是能量传递的形式。

辣么问题来了：我们只见水波渐远渐弱，只闻声波忽来忽去，扩散、衰减，都很好理解，但它会彻底消失吗？什么时候消失？

会消失的，当你给它的能量耗尽时。

怎么耗尽呢，炒股吗？当然不是。

分子们在传递能量的路上情不自禁，摩擦，摩擦，似魔鬼的步伐，机械能转化为热能，把这笔“飞来横财”败光，才能归于平静。

就算全世界都在骗你，能量守恒定律也不会骗你。

波族有一门功夫：当它们遇到障碍物或者小孔时，可以通过扩散的办法，绕过障碍物继续传播，这种功夫叫做衍射，也叫绕射。

遇到障碍物会拐弯，是波族的独门绝技。如果子弹也有这本事，挖战壕就相当于挖坟墓了。

隔墙为啥有耳？就是因为声波会绕射。

人类很早就知道水波，而知道声音也是一种波，却是从伽利略老师研究单摆周期、物体振动开始的。后来，优等生牛顿同学写道：振动物体推搡身边物体，然后依此类推……，我们秒懂，这是一场拥挤推搡的连锁反应。

声波这东西，虽然看不见，但解释起来很好理解，理解起来很好接受。

不好理解，也不好接受的，反而是看得见的东西：光。

光是神马？人类纠结这个问题几千年，可以说直到现在也没完全搞懂。

一根筋、爱较真的古希腊人认为，光是一种又轻又小的微粒流。

然而这个说法解释不了一个现象：两束光相遇时，为什么它们仍然是两束光，而不是互相撞成散光呢？说好的微粒在哪里？

所以有人怀疑，光是不是一种波呢？因为波就不怕撞，两波相遇，不是大者胜，而是相互干涉、穿越。

比如声波：

声波的干涉条纹看不见，只能靠想象，而水波的干涉条纹看得见：

1637年，笛卡尔在《折光学》中提出：光可能是粒，也可能是波。

笛卡尔没拿准。他给出这两种可能的推理时，绝对不会想到，波粒大战的烽烟已经燃起，并且持续了300多年。

不久，意大利的格里马尔迪发现，光穿过狭缝，可以变宽。这不就是波族的独门绝技“衍射”么？

光是波。所以两束光相遇时，不会被互相撞散。

1663年，英国的波义耳把肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹正儿八经地写进了科学观察记录，引来了一场波粒混战。

颜色是什么？换句话说，光是什么？

粒军：微粒在玻璃、肥皂泡中被各种透射折射反射，不同颜色的光粒就酱被分开，组团排队射入眼帘，所以我们就看见了那些彩色条纹啊。

波军：这里除了你说的各种射，还有衍射好不好？光波的不同频率，产生不同的颜色……

粒军：辣么，水波靠水传播，声波靠空气等传播，贵军的光波靠神马传播呢？

波军：揭短是吧，好啊互相伤害啊！那两光相遇不撞散，还有光的衍射，贵军能否给个解释先？

混战中，英国牛人胡克拿着自己纯手工制造的显微镜一顿观察，说：

光波在薄膜的两个内表面之间反射，由于薄膜厚度不均，反射距离老在变化，各种频率的光波交错干涉，就产生了缤纷的色彩。

高，实在是高！

神仙打架，比的是神通。神通广大的胡克这一美妙解释就像一记金箍棒，打得粒军把风火轮都跑掉了。

胡克正待挑起齐天大圣的旗子安享晚年，不料，1672年，一个嘴上没毛的小角色站在他的面前，手里拿着一纸论文：《关于光和色的新理论》，一个“新”字，让胡克心中掠过一丝不祥的预感。果然，论文娓娓道来：

让阳光透过一个三棱镜，投射到屏幕上，我们会看到一个七色彩带。为嘛呢？

因为光是一种微粒，三棱镜能把不同颜色的光微粒分开，就得到了那个七彩色带；我们用凸透镜把这个七彩色带聚焦，它又会变回白色，这就是说，各色光微粒合在一起，就是白光。

太妙了！胡克差点脱口而出，幸好机智地发现这小妖跟自己不是一伙的，及时捂住了嘴，大惊之下，拉上另一个神仙波义耳，在皇家学会评议委员会上，彻底否定了这篇论文，还一顿狂批。年轻人的脸被批得七彩交集。

两大神仙坐镇，波军是不是坐稳江山了？

不，他们反而丢了江山。

神仙之所以牛逼，那是因为他们没遇见上帝。

现在，上帝降临了，他们批的那个年轻人叫牛顿。

牛顿同学是史上最著名、最聪明的小心眼，没有之一。他对光波本来没啥反感，棱镜实验只是提出光粒的可能。没想到被胡克侮辱了一顿。

好吧，你待光波如初恋，我偏伤波千百遍！

所以，即使胡克随后又拉来了荷兰大神惠更斯联手，也没能挡住牛顿的无情碾压。

1687年，科学史上划时代的伟大著作——《自然哲学的数学原理》横空出世，这是牛顿的一小步，人类的一大步，世界为之倾倒。

1704年，牛顿的又一部巨著出版发行，它的名字简洁而有威仪：《光学》。

在这里，牛顿为光粒说开了个大挂：质点力学。要知道，质点力学遵循的是牛顿定律，而牛顿定律是什么？是经天纬地的金科玉律！

自此，波军一溃千里，粒军一统天下。

这一统，就是一个世纪。直到又一个天才揭竿而起。

英国考古学家托马斯•杨医生，这个碾压语言学家、混迹艺术圈的工程师做了个物理学实验：

让烛光透过小孔，穿过一块板子上的两条细缝，投射到屏幕上。

辣么，光作为粒子流，穿过两条细缝，当然会在屏幕上打出两个高清的光条。

然而，屏幕上却出现了很多模糊的光条，明暗不一。

小杨说，看了前面水波、声波的衍射、干涉，你就会明白，屏幕上为啥会出现这种条纹……

百年乱战中，将星璀璨，我们只能走马观花。后来，在杨天才、阿拉果的支持下，波方小将菲涅尔单枪赴会，把粒军名将马吕斯、拉普拉斯、泊松挑落马下，波军大胜。

而让波军一统天下的，是堪与牛顿比肩的英国物理学家、数学家麦克斯韦。他1873年建立的电磁学大厦，与牛顿力学大厦争雄比高，被誉为“上帝诗歌”的麦克斯韦方程组在电磁世界言无不信，攻无不克，它真诚地预言了一个精灵——电磁波。

麦克斯韦掐笔一算，电磁波的传播速度，居然恰好等于光速。

一个猛料缓缓爆出：光，也是一种电磁波！

1887年，德国天才赫兹证明了电磁波真的存在。

光学从此收归电磁学门下。

顺便说一下，我们所说的电脑辐射、微波辐射、无线电辐射等，其实都和光一样是电磁波，区别不过是频率、能量大小不同而已。

知道了光是走直线的，你就会明白，在电脑旁放一盆植物，是不能防辐射的。

知道了光速之快，你就会明白，微波炉停止工作后，你多快开门去拿食物，也不会遭受所谓残余的辐射。

言归正传，麦克斯韦坐镇的波天下，并没有比牛顿坐镇的粒天下更牢固，因为爱因斯坦出手了。

1905年，爱因斯坦用光量子完美解释了诡异的光电效应，而所谓光量子，简而言之就是说“光是一份一份的”。“一份一份的”是啥意思？那不就是光粒的马甲吗？

已经入殓的粒军，就这样死灰复燃，逆袭了波军的半壁江山。

为啥是半壁江山呢？因为爱因斯坦的看法是：光在一段时间内的平均状态，表现为波动，而它的瞬时情况，应该是粒子态的。这叫“一元二体认识”。这就是“光亦波亦粒”的源起。

大家都看不惯这个理论，却不得不和它一起建设现代物理学大厦。

劳厄、伦琴、康普顿、玻尔……又一波名将乱战正酣，1923年，法国公子哥徳布罗意搅了局，他全盘接受了爱因斯坦“一元二体”的奇谈怪论，并且有个更疯狂的想法：光波可以表现得像粒，那么，电子之类的粒，可以表现得像波吗？

可以。他自己答道。爱因斯坦大叔1905年的发现，应该推广到所有物质粒子。

他把爱因斯坦质能方程、普朗克光子能量公式放在一起，一顿倒腾，导出一套闷骚的徳布罗意方程组，用能量把粒的质量、波的频率联系到了一起！波和粒这对冤家，在这款公式里缠绵悱恻，恩爱得让人羡慕嫉妒恨㖏！

人们质疑：波是啥东西？波不是东西。离开了物质，怎么会有波？

物质本身就是波。所谓“物质波”。徳布罗意残忍地回答道。

后来，电子、原子的衍射现象证明，这个公子哥是对的，波粒二象性，才是世界的本质。

是不是感觉脚下的大地没那么踏实了？你踩的是波。

其实这不算啥，因为，不光是物质，连时间、空间也可以是波。

1915年，爱因斯坦广义相对论震撼发布，相对论囊括了牛顿体系，与新兴的量子力学一起，成为物理学的两大支柱。

相对论告诉我们：时间、空间是一体的，时空不是人类想当然的那么永恒、不变，速度、质量都可以让时空弯曲，而时空弯曲就是所谓的引力。所以，有质量的物体加速时，会扰动时空，就像石头投进水中，荡起时空涟漪，这就是大名鼎鼎的引力波。

由于引力波是如此微弱，所以，人类奋斗了100年，直到2015年才直接探测到它，那是两个黑洞合体搅起的引力波。

我们身处波的世界，也靠波认识世界。

凭光波看，靠声波听，用电磁波通信交互、探物看病、探索宇宙……这些波的花样用法，地球人都知道。

然而，专攻地球的地震波，却不是每个人都知道。

有大地，就有地震波。然而，利用地震波来搞侦测，却只有区区百年的历史。

世界上最遥远的距离，不是百亿光年外的星系，而是脚下看不透的大地。

第一次利用地震波定位，是在一战期间。聪明的人类发现，大炮后坐力产生的地震波，可以用来确定敌方炮位。所以，减少大炮的后坐力，目的不止是为了打炮更舒服，更是为了打完炮不曝光自己。

地震波遇到不同的岩层分界面，会像光波一样发生反射和折射。

利用这个原理“看见”地球内部，有两大关键：一个是波的采集记录，一个是分析描述。

1920年代，德国的明特罗普人工制造地震，在墨西哥湾沿岸发现很多盐丘。但这时，只能采集到最先到达的折射波。

十年后，苏联的甘布尔采夫等改进了技术，后到的折射波也get到了，丰富了细节。这时期最先进的记录手段是“光点照相”，纯手工处理数据，得到的描述是1D的。见惯了3D的我们，很难体会1D的憋屈。

又过了三十年，到了1960年代，记录方式升级到“模拟磁带”，可以得到2D的描述。这就能分析地下构造单元、查明区域构造特征了。

很快，数字记录仪就取代了模拟磁带。

发展到70年代，我们已经能预测和识别油气圈闭形态啦！

看你一脸吃瓜表情，一定是不懂它的重大意义。如果告诉你，这是阿里巴巴摸到四十大盗宝库的大门呢？

数字技术的兴起，让地震勘探突飞猛进，80年代，3D地震可以查明复杂构造隐蔽油气藏了。

为啥呢？因为计算机参与了地质分析描述，最早有Geomatic公司的IRAP软件，也就是三维地质建模软件开山鼻祖——RMS软件的前身。

如今，随着这些软硬件技术的迭代发展，精细油藏描述已经成了石油攻城狮的日常。神秘的地下世界就这样妖艳地裸露在我们面前，甚至可以直接在三维模型上设计井位，指哪儿采哪儿。

人类近百年的发展速度，超过了过去几千年的积累，而石油、煤炭的产量，神奇地跟上了经济飞速发展的步伐，为这一切提供了能源保障，有几个人想到地震波的功劳呢？

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阿什卡原创文章

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