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1700725610 那么,当两个振子耦合时,频率又会出现怎样的变化呢?
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1700725612 图14-2a中的两个振子相互独立。如果它们原来的本征频率就不一样,那么也就保持这两个不同的频率。也就是1+1=2。
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1700725614 而由于强耦合,图14-2b中的两个振子事实上变成了一个,只有一个频率。也就是1+1=1。
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1700725616 图14-2c中的两个振子最有趣了。由于它们的合作关系,会出现第三个频率,物理学称这第三个频率为“拍频”(beating frequency,图14-3)。而这时候,它们各自的本征频率依旧存在,于是就有了1+1=3(图14-4)。这也就是我们前面已经讨论过的相干态的算术。
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1700725621 图14-3两个单摆之间有可柔性耦合时,就会出现“拍频”
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1700725623 “拍频”的大小为两个本征频率之差(图14-3)。图14-4是“频谱图”(frequency spectrum),纵坐标为波幅,也就是波的能量;而横坐标为频率。从图14-3中还可以看出:由于出现了“拍频”,能量从高频区移向低频区。
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1700725628 图14-4用频谱图表达的“拍频”(f1-f2)
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1700725630 至今,我们讨论的还是两个“振子”,或两个波之间的相干关系。如果“振子”或波的数目不是二,而是许许多多,甚至是无穷多个的话,那么情况又会怎样呢?在这种情况下,波的频谱就不再是分离的谱,像图14-4,不是那样的一根根孤立的直线,而是变成了图14-5那样的连续谱。
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1700725635 图14-5“白噪音”的频谱和“粉红色噪音”的频谱
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1700725637 图14-5中表达了两种不同的典型频谱。左边的称为“白噪音”(white noise),其特点是各种不同频率的振幅相似,也就是说,能量在各种不同频率的波中分布均匀。或者说,各振子之间没有什么耦合关系,即整个系统是处于理想的“无序状态”。
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1700725639 图14-5右边称为“粉红色噪音”(pink noise)或“1/f噪音”(1/f noise)。从“粉红色噪音”的频谱中,我们可以看出,能量已经从高频区移向了低频区。
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1700725641 最早,“粉红色噪音”是物理学家1926年研究电子线路时发现的,当时称为“1/f噪音”。后来,物理学家花了50年时间研究为什么会出现“粉红色噪音”,而不是“白噪音”。直到20世纪70年代,物理学家才发现,“粉红色噪音”来源于电子的集团运动。
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1700725643 而另一方面,音乐家则发现,所有古典音乐和民间音乐的频谱都近于“粉红色噪音”,而只有某些现代音乐才是接近“白噪音”。
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1700725645 从历史上来看,这种用频谱技术来分析音乐和噪音的方法并不新了,它是在两百多年前法国数学家傅立叶(Baron de Fourier,1768—1830)发明的。所以,人们把这种技术称为“傅立叶分析”(Fourier analysis)或“傅立叶变换”(Fourier transformation)。
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1700725647 可是,“傅立叶分析”的计算工作量极大,如果没有计算机,即使计算很小段音乐,也要计算几年,并不实用。然而,近30多年来,由于计算机技术的发展,“快速傅立叶变换”(FFT,Fast Fourier Transformation)终于变成一种实际上可以操作的技术。
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1700725649 “傅立叶变换”当然是非常了不起的发明。但是,即使“快速傅立叶变换”也只适用于音乐频谱的分析和相干程度的计算,但还不足于对人体内电磁波谱进行分析。因为音乐的频谱只在20~2000赫兹之间,但是,人体内的电磁波则是在0.5~1017赫兹。对于这样宽的频带,目前无法用任何现有的仪器同时测量出来,所以也无法用“傅立叶变换”来进行全面的分析。
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1700725651 幸运的是,物理学理论指出,人体的电导与内电场的强度成正比。而在很大的程度上,人体电导的测量可以在体表进行。这样,从技术的角度来看,测定人体内电场的分布就不太难了。同时,如前面章节所指出的,这种内电场的非均匀分布主要是由电磁驻波的叠加产生的,是一立体的干涉图。这样,我们就没有必要一一测量和计算电磁波的频谱,而可以在体表对这一电磁波的干涉图进行采样测定。
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1700725653 更幸运的是,多年来,数学家早就发展了许多处理采样数据的方法。这样就可以通过有限的采样数据,来认识一个具有无限多元素的系统。这种方法之一,称为“测量数据的概率分布”(probability distribution of measurement data )的计算。
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1700725655 图14-6就是两条人体电导测量数据的概率分布曲线。左边一条是被测试者听伤感音乐《二泉映月》时的“测量数据的概率分布”;而右边是听欢乐音乐《西班牙斗牛士舞曲》时的“测量数据的概率分布”。
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