1700723220
1700723221
1700723222
图3-6弦上的一维驻波
1700723223
1700723224
图3-6所表达的，只是在一根弹性弦上的机械“驻波”。如果这根弦的两边都没有尽头，并且我们不考虑能量的损耗。那么一个机械波就会同时向两个不同的方向越跑越远，跑向无穷。然而，当这一根弦的两端被固定时，波就会在弦的端头上被反射回来，向着相反的方向前进。这向后行进的波与向前行进的波会“叠加”在一起，产生“驻波”。这样一来，尽管波还是在不停地跑，但正如我们可以在图3-6中可以看到的，它们形成了一个纺锤体接一个纺锤体似的稳定结构。
1700723225
1700723226
用数学的术语来说，图3-6的驻波称为“一维”驻波，也就是在一根线上的驻波。同样的原理，驻波也可以在“二维”的情况下产生，也就是在一个平面上产生驻波，就如图3-7所示。
1700723227
1700723228
在这儿，我们还想再次强调一下，图3-6和图3-7所示的“干涉图案”只是机械波，并且是肉眼可见的（如图3-6），或者用平板上的小颗粒使之变得肉眼可见（如图3-7）。
1700723229
1700723230
事实上，这种“干涉图案”往往不是肉眼可见的。不用说广大的电磁波，它的频率比声波和机械波要宽得多，可从0.0000000001赫兹一直到1，000，000，000，000，000，000，000，000赫兹，即使机械波或声波，也是肉眼不可见的。而这种肉眼不可见的动态而又稳定的“驻波”或“干涉图案”常常起着很重要的作用。
1700723231
1700723232
例如，大家都知道小提琴有一个非常漂亮的外貌，也有相当动听的声音，但人们很少想到这美丽的外貌和悦耳的声音之间有什么必然联系。从波的角度来看，小提琴的美丽琴身只是一只“谐振腔”，用来选择不同频率的驻波。或者说，某些特定频率会在这个谐振腔内部形成驻波的干涉图案（图3-8），从而得到强化，而其余的频率，因为不能形成驻波而被衰减掉了。
1700723233
1700723234
1700723235
1700723236
1700723237
看不见的彩虹：人体的耗散结构
1700723238
1700723239
1700723240
1700723241
1700723242
图3-7平板上的“二维驻波”所形成的“干涉图案”
1700723243
1700723244
这样，谐振腔形状就决定了哪些特定频率的声波会得到强化，并且持续时间较长；而其余的频率则会被衰减掉许多。于是，谐振腔形状就决定了频率的组合。用物理学家的话来说，音乐家所说的不同“音色”（tone colour， timbre），就是不同的“泛音”（overtone），即“倍频”的组合。简单地说，谐振腔的形状和材料会决定“音色”。所以，小提琴的美丽琴身不是单纯地为了好看，更是为了得到悦耳的“音色”。
1700723245
1700723246
也就是说，音乐家所说的“音色”，的确就是美丽的颜色，即不同频率的组合。但却是我们肉眼所看不见的颜色。或者说，这也是我们看不见的却是非常美丽的彩虹。
1700723247
1700723248
其实，图3-7和图3-8所表达的还是“二维的驻波”或“二维的干涉图案”。在三维情况下，这种“驻波”或“干涉图案”就更复杂了，并且事实上就是一种三维的、动态的、立体的空间结构。
1700723249
1700723250
听不见的音乐：电磁波音乐
1700723251
1700723252
这儿还值得指出，虽然图3-8中的干涉图是肉眼看不见的，但所幸的是，它们还是听得见的，是“听得见的”音乐。所以，尽管我们不能用肉眼看见琴身内部那非常美丽并且变幻无穷的干涉图案，但我们还是可以用耳朵尽情享受那悦耳的音乐以及美丽的“音色”（tone colour），也就是说，可以用耳朵来欣赏那看不见的“彩色”（colour）。
1700723253
1700723254
1700723255
1700723256
1700723257
图3-8用干涉仪测出的小提琴琴身内的稳定干涉图案
1700723258
1700723259
可惜，我们耳朵的能力也是很有限的，我们只能听到20赫兹到20，000赫兹的声波。我们把高于20，000赫兹的称为“超声波”，我们听不见，但蝙蝠能听见；我们又把低于20赫兹的称为“次声波”，我们也听不见，但许多动物都能感受到，这就是为什么许多动物能预先知道大风暴或大地震的原因。例如，在2004年12月26日印度洋的海啸中，二十多万人不幸丧生，但却几乎没有动物死亡。原因很简单，因为沿着地壳传播的次声波远在海啸到达之前就已经到了有关区域，使得动物们有足够的时间逃跑。
1700723260
1700723261
事实上，我们不但对“超声波”和“次声波”都是“聋子”。对于广大的电磁波世界，我们更是“聋子”。所以，对于浩瀚的波的世界，我们不但是“聋子”，而且还聋得相当厉害。目前的情况是这样，从理性上，我们应该早就知道，我们生活的这个世界充满了电磁波的音乐，它的频率可从0.0000000001赫兹一直到1，000，000，000，000，000，000，000，000赫兹。
1700723262
1700723263
其实，不要说是物理学家，就是每一个受过中等教育的人都知道，电台发射出来的电磁波也是一种音乐，就是一种电磁波的音乐，是一种我们听不见的音乐。所以，我们对于这种从电台中直接发射出来的电磁音乐，是彻底的“聋子”，唯有通过收音机的帮助，把电磁波转变成机械波，我们才能欣赏和享受这种音乐。
1700723264
1700723265
然而，另一方面，不要说是平民百姓，就是许多物理学家也都害怕去面对这一痛苦的现实，即在这个充满美妙音乐的电磁波世界，我们都是无药可医的“聋子”，并且是又聋又瞎。
1700723266
1700723267
所幸的是，物理学家和工程师们已经发明了许多方法来帮助我们去欣赏和享受“鬼魂世界”中的音乐，去欣赏和享受“鬼魂世界”中的色彩和故事。从某种意义上来说，普通的收音机就是一种帮助我们听到鬼魂世界中声音的“助听器”，而普通的电视机也是帮助我们欣赏和享受鬼魂世界中色彩和故事的“助视器”。
1700723268
1700723269
事实上，医生们也早就在研究和应用这种听不见的音乐了。例如，心电图和脑电图都是人体内电磁波的记录仪。换言之，它们也就是鬼魂世界中的音乐的记录仪。可惜，虽然心电图已经有了100多年的历史，每一个医生都知道怎样去使用这种仪器，但是，只有极少数医生会想到，他们正在读的，并不是一种枯燥乏味、毫无人情味的曲线，而是一种扣人心弦的美妙音乐。在这本书中，我们还要强调指出，心电图和脑电图只不过是人体内交响乐中的很小一部分。只有当我们从理性上理解到人体内有着美妙的交响乐时，我们才能从感性上领会到这支交响乐有多么的美妙、多么的和谐，又多么的扣人心弦。