相位的多样性
1 相位到底是什么?
我们生活在一个充满各种各样波的世界里,要理解相位,首先得了解什么是波。有些人可能觉得这个问题有些奇怪,这还用问吗?划船时的水波,广播里的声波,跳绳时的绳波。当然,生活中的还存在着很多波动现象。我们要透过现象看本质,就是我们如何用一套统一的数学语言来描述波。
光是一种电磁波,它满足波动方程:
求解这个方程不是我们在此处需要深入探讨的问题,感兴趣的读者可以移步光学大师波恩老先生的著作《光学原理》。我们先来看看相位的定义,以简谐波为例,若一个正弦函数y=A·sin(ωt α)描述了角频率为ω、振幅为A的一个振动,其中ωt α就是相位。如果写成y(x,t)=A·sin(ωt α-kx)的形式,就描述了一个振幅为A、波长为λ=2π/k的波。换句话说,相位是描述“振荡”的,存在于周期性现象的描述中,类似于振动、交流电、波动等等。
是不是很枯燥?那就来看个更枯燥的。在物理和应用科学中,经常用复函数Y(x,t)=C·e,其中复振幅C=Ae·Y(x,t)的虚部对应上面的那个y(x,t)。
简谐运动的相位与波的相位
之所以讲这些枯燥的内容,只是想把来龙去脉搞清楚。
这里需要总结一下:所有写成复数形式的式子都有相位,而相位是与幅角相关的一个相对值。你看,这不就简单了吗?再强调一下:凡是复数形式的,必有相位;相位是一个相对值,一定要与初始位置一起用。其实,还可以归纳一条:凡是能够表示成周期性函数的,都有相位。
打个比方,排列整齐的队伍在一声“解散”口令后,立马就成杂乱无序状;一声“归位”令下,很快就又恢复了排列整齐的队伍。在这里,每个人都有自己的位置,这个位置就相当于相位。