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从波动方程到无线电

我们生活在一个波的世界里，我们的耳朵将空气中的压缩波识别为声音，我们的眼睛探测光波。发生地震时，破坏是由穿透地球的地震波造成的。

数学家和科学家们几乎必定会想到波，但他们受到的启发来自艺术：小提琴的琴弦是怎么发出声音的？这个问题可以追溯到古希腊的毕达哥拉斯学派，他们发现如果两根同样类型、同样拉力的弦的长度为简单比，如2：1或者3：2，它们就会产生共同弹奏时听起来极为和谐的音符。弄明白这种现象的是瑞士数学家约翰.伯努利。他得出，弦振动最简单的形态就是一根正弦曲线。还有其他的振动方式——一条以上的波合入这条弦的正弦曲线，也就是音乐家所说的和声。

近20年之后，让.勒朗.达朗贝尔进行了一个相似的过程，但他关注的是简化运动方程式而非方程式的解。结果他得到了一个描述弦的形态随着时间变化而变化的优美的方程式，这就是波动方程，它表明弦的任何一小段的加速度与其所受到的拉力成正比。这是简单数字比率产生和谐音符的原因之一。

波动方程经过修正后能够处理更加复杂和混乱的现象，如地震。成熟的波动方程让地震学家能够探测到我们脚下数百英里处的情况，这个领域最大的成就将是预测地震和火山喷发的可靠方法，而目前正在研究的诸多方法都是基于波动方程的。

但波动方程影响最深远的产物来自对麦克斯韦电磁方程的研究。1820年，大多数人还在用蜡烛和灯笼照明，如果要发送信息，你就得写信。100年之后，家中和街道都有了电灯，电报则意味着可以发送跨越大洲的信息，人们甚至开始通过电话与人交谈了。

这场社会和技术革命是由两位科学家的发现所引起的。1830年左右，迈克尔.法拉第建立了电磁学基础物理理论。当时，绝大多数致力于电和磁方面研究的物理学家都在寻找与万有引力类似的东西，他们认为这是一种在间隔一定距离的物体之间发生作用的力。法拉第则不这么认为：他假设电和磁这两种现象都是遍布在空间中的场，随着时间的变化而变化并能够通过它们所产生的力而被探测到。

麦克斯韦通过模拟流体运动数学重建了这些公式。到1864年，麦克斯韦已经写出了4个方程式，描述电场和磁场间基本的相互作用。他通过对方程式进行一些简单的处理，成功得到了波动方程并推导出光肯定是一种电磁波。这本身就是一个大新闻，因为从未有人想到过，光、电和磁之间存在这样的重要联系。不仅如此，麦克斯韦的方程式催生了一个激动人心的预言——所有波长的电磁波都应当存在。一些波长超过我们所能看到的电磁波将改变这个世界：它们就是无线电波。

1887年，海因里希.赫兹从实验上证明了无线电波的存在，但他没有意识到它们最具革命性的用途。如果在这样的波上加入信号，那么你就可以和世界对话。尼古拉.特斯拉、伽利尔摩.马可尼和其他一些人将这一梦想变成了现实，而现代通讯的全套装备——从无线电和电视到雷达以及手机使用的微波通讯——都自然而然地随之而来了，而这些都是源自4个方程式和一些简单的计算。麦克斯韦的方程式不光改变了世界，它们还打开了一个新的世界。（节选自伊恩.斯图尔特《主宰你生活的七个方程式》，有删改）

1．下面关于“波动方程”的表述，正确的一项是（　）

A．波动方程是一种简化方程式，它表明弦的任何一小段的加速度与其所受到的拉力成正比。这是简单数字比率产生和谐音符的主要原因。

B．波动方程让很多科学家得到启示，但它影响最深远的还是对麦克斯韦电磁方程的研究，以至随后产生的无线电和电视到雷达以及手机使用的微波通讯都与它有间接的关系。

C．波动方程能够帮助地震学家探测到我们脚下数百英里处的情况，并处理更加复杂和混乱的现象，如地震。

D．波动方程的发现最早来自于古希腊的毕达哥拉斯学派，他们发现如果两根同类型、同拉力的弦的长度为简单比，共同弹奏时就会产生极为和谐的音符。

2．下列对原文有关内容的分析和概括，恰当的一项是（　）

A．麦克斯韦的4个方程式，描述了电场和磁场间基本的相互作用，还催生了一个激动人心的预言——所有波长的电磁波都应当存在。无线电波将改变这个世界。

B．1864年，麦克斯韦已经写出了4个方程式，并由此推导出光肯定是一种电磁波，首次证明了光、电和磁之间的重要联系。

C．绝大多数致力于电和磁方面研究的物理学家认为间隔一定距离的物体之间存在一种发生作用的力。法拉第却认为，电和磁这两种现象都是遍布在空间中的场，会随着时间的变化而变化并能够通过它们所产生的力而被探测到。

D．海因里希.赫兹证明了无线电波的存在，却没有意识到它们的对话用途，是尼古拉.特斯拉、伽利尔摩.马可尼和其他一些人将它变成了现实。

3．从全文看，下列表述不符合作者观点的一项是（　）

A．我们生活在波的世界里，波无处不在。通常情况下绝大多数数学家和科学家们都会想到波。

B．如果弦的任何一小段的加速度与其所受到的拉力成正比，就会产生和谐音符，这意味着频率不成简单比的波会产生噪音。

C．波动方程对人类社会的影响是巨大的，它不但引起了社会和技术革命，改变了世界，还为我们打开了一个新的世界。

D．在地震学领域，波动方程将是预测地震和火山喷发的可靠方法，目前正在研究的诸多方法都是在它的基础上产生的。

参考答案：

1．B

2．A

3．C