很久很久以後。
小麥在自己的回憶錄《他改變了劍橋》中提及今日的實驗時,曾經很親切的寫下了一句話:
“囸孨閁,羅峯!”
這句話包含了小麥極其複雜的情感,簡稱就是社死到摳腳的尷尬。
畢竟在場的除了小麥本人和徐雲之外,還有阿爾伯特親王、法拉第、以及焦耳等一系列物理書上的單位......
當然了。
此時的小麥還是個非常憨厚的小青年,還沒意識到自己做了一件多麼中二的事情。
唸完這句話後雖然有些臉紅,但還未產生後來那種想要一斧頭劈死徐雲的地步。
隨後他將這張紙片交還給徐雲,問道:
“羅峯先生,我們接下來要做些什麼?”
徐雲看了他一眼,語重心長的拍了拍他的肩膀,說道:
“不是說了麼,解開電磁世界的封印唄。”
小麥:
“.......”
隨後徐雲表情一正,帶着他來到法拉第等人面前:
“法拉第先生,根據當初肥魚先祖的思路,我們接下來要做的一共有兩件事。”
法拉第等人做洗耳恭聽狀。
徐雲豎起一根手指,解釋道:
“首先是推導,其次是實驗。”
“推導?”
法拉第扶了扶眼鏡,重複了一遍這個詞,對徐雲問道:
“推導什麼東西?”
徐雲沒有直接回答問題,而是反問道:
“法拉第先生,我聽說您曾經提出過一個理論,也就是電荷的周圍必然存在有電場,對嗎?”
法拉第點了點頭。
學過物理的同學應該都知道。
法拉第最早引入了電場概念,並提出用電場線表示電場的想法。
同時還利用磁鐵周圍的鐵屑模擬了磁感線的情況。
徐雲見說微微一笑,壓制住心中的情緒,儘量面色平靜的說道:
“我們接下來要推導的,就是電場中存在的一種東西。”
隨後他拿起紙和筆,在紙上畫出了一道波浪圖。
也就是正弦函數的圖像。
接着他在圖像上畫了個圈,對法拉第等人說道:
“法拉第先生,我們研究物理,目的就是爲了從萬千變化的自然界的各種現象裏,總結出某種一致性。”
“然後用數學的語言定量、精確的描述這種一致的現象。”
“比如牛頓先生提出的F=ma,1824年熱力學的△S>0、讀者=帥逼美女等等.....”
“那麼問題來了,在我們現有的世界中,有沒有一道數學方程可以描述波呢?”
法拉第等人沉默片刻,緩緩搖了搖頭。
波。
這是個生活中非常常見的詞,或者說現象。
除了柰子之外,石頭掉進水裏產生的是波。
抖動繩子出現的也是波。
風吹過湖面產生的還是波。
早先曾經介紹過。
1850年的物理學水平其實並不低,此時的科學界已經可以測量出頻率、光波長這些比較精細的數值。
無外乎描述的單位還是負幾次方米,不像後世那樣有納米微米的說法罷了。
在這種情況下。
自然也曾經有不少人嘗試研究過波,遠的有小牛,近的有歐拉。
但遺憾的是。
由於時代思路的侷限性,科學界一直沒能推導出一個標準的、可以描述波規律的數學方程。
不過眼下徐雲問出了這種話......
莫非.......
“羅峯同學,難道肥魚先生已經推導出了波運動的數學表達式?”
徐雲依舊沒有直接回答這個問題,而是繼續在紙上寫了起來。
他先在之前繪製出的函數圖像上做了個基礎的座標系。
又在X軸方向上畫了個→,寫上了一個V字。
這代表着一個波以一定的速度v向x軸的正方向運動。
接着徐雲解釋道:
“首先我們知道,一個波是在不停地移動的。”
“這個圖像只是波在某個時刻的樣子,它下一個時刻就會往右邊移動一點。”
法拉第等人齊齊點了點頭,
這是標準的人話,不難聽懂。
至於波在下個時刻移動了多少也很好計算:
因爲波速爲v,所以Δt時間以後這個波就會往右移動v·Δt的距離。
隨後徐雲在其中一個波峯上畫了個圈,又說道:
“在數學角度上來說,我們可以把這個波看成一系列的點(x,y)的集合,這樣我們就可以用一個函數y=f(x)來描述它,對吧?”
函數就是一種映射關係,在函數y=f(x)裏,每給定一個x,通過一定的操作f(x)就能得到一個y。
這一對(x,y)就組成了座標系裏的一個點,把所有這種點連起來就得到了一條曲線——這是貨真價實的初一概念。
接着徐雲又在旁邊寫了個t,也就是時間的意思。
因爲單純的y=f(x),只是描述某一個時刻的波的形狀。
如果想描述一個完整動態的波,就得把時間t考慮進來。
也就是說波形是隨着時間變化的,即:
圖像某個點的縱座標y不僅跟橫軸x有關,還跟時間t有關,這樣的話就得用一個二元函數y=f(x,t)來描述一個波。
但是這樣還不夠。
世界上到處都是隨着時間、空間變化的東西。
比如蘋果下落、作者被讀者吊起來抖,它們跟波的本質區別又在哪呢?
答案同樣很簡單:
波在傳播的時候,雖然不同時刻波所在的位置不一樣,但是它們的形狀始終是一樣的。
也就是說前一秒波是這個形狀,一秒之後波雖然不在這個地方了,但是它依然是這個形狀。
這是一個很強的限制條件。
既然用f(x,t)來描述波,所以波的初始形狀(t=0時的形狀)就可以表示爲f(x,0)。
經過了時間t之後,波速爲v。
那麼這個波就向右邊移動了vt的距離,也就是把初始形狀f(x,0)往右移動了vt。
因此徐雲又寫下了一個式子:
f(x,t)=f(x-vt,0)。
接着他看了法拉第一眼。
在場的這些大佬中,大部分都出自專業科班,只有法拉第是個學徒出身的‘九漏魚’。