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泊松光斑,天线杂散瓣,水波绕射及其它

已有 6361 次阅读 2009-10-29 20:35 |个人分类:思考|系统分类:教学心得|关键词:学者| 学习, 类比, 波动

可见光和无线电波都是电磁波。它们有类似的性质,当然也有不同,就是它们的光子能量不同,波长
不同。本科时讲可见光的课是“光学”,当然量子力学里也有一点点;而讲无线电波的课有电磁学和
电动力学。

不同性质的电磁波在不同的课里讲当然是合理的,但是这样也会带来一点割裂的感觉。毕竟可见光和
无线电波都是有比较明显的波动性的。我在光学里学习光的衍射的时候感觉比较自然,而当讲到泊松
光斑的时候,虽然感觉有点惊奇,但还是很快想明白了。学习光的衍射就感觉和学习水波的衍射一样,
看着书上的照片,很有些感性认识,学起来也容易些。

后来学习射电天文,讲到天线的方向图。虽然书上有示意图,但是我一直感觉难以理解。例如天线的
方向图里有旁瓣和杂散瓣,有些杂散瓣还在天线反射面的后面。我花了很长时间才想起来这是波的衍
射,就和光学里的圆屏衍射可以看到条纹和泊松光斑一样。低频射电天文观测的波长大约在米的量级,
而望远镜的尺度大约是几十米。而障碍物尺度在一个波长到一千个波长时衍射最明显。所以,射电望
远镜有旁瓣和杂散瓣都是很自然的。

原则上说一切都是有波动性的。不过单就生活中明显的波动现象而言就还有很多:水波、水中的声波
、空气中的声波。所以可以将这些波动现象结合起来想想。人可以听见的声波的波长可以从几厘米到
几米,所以声音的接收也可以像射电天线一样。实际上瑞典的Onsala天文台就有一个演示实验,用废
弃的射电天线反射面做了一个发射和一个接收声音的平台,两个反射面相对。一个人站在一个台子上
小声说话,远处另外一个台子上的人就可以听到。原则上也可以像光学中那样,制作声波的波带片。

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