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，并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。

　　　　表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。

　　　　瑞利时代就已经知道的表面波，现已用到微波系统小型化发展中。在压电材料（如石英）上镀收发电极，或在绝缘材料（如玻璃）上镀压电薄膜都可以作成表面波器件。声表面波的速度只有电磁波的十万分之几，相同频率下波长短得多，所以表面波器件的特点是小，在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件，可在电路小型化中起很大作用。

　　　　声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。将声信号变成电信号，而电信号可经过电子计算机的存储和处理，用声全息或声成像给出的较多的信息充分反应被检对象的情况，这就大大优于一般的超声检测方法。固体位错上的声发射则是另一个无损检测方法的基础。

　　　　声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来研究，应用声波的非线性特性可以实现和研究声与声的相互作用，它还用于高分辨率的参量声呐（见非线性声学）中。用热脉冲产生的超声频率可达到1012hz以上，为凝聚态物理开辟了新的研究领域。（未完待续）
第256章　物理学之声学　下
　　　　次声学主要是研究大气中周期为一秒至几小时的压力起伏。火山爆发、地震、风暴、台风等自然现象都是次声源。研究次声可以更深入地了解上述这些自然现象。次声在国防研究上也有重要应用，可以用来侦察和辨认大型爆破、火箭发射等。大气对次声的吸收很小，比较大的火山爆发，氢弹试验等产生的次声绕地球几周仍可被收到，可用次声测得这些事件。固体地球内声波的研究已发展为地震学。

　　　　研究液氦中的声传播也很有意义。早在40年代，Л。Д。朗道就预计液氦温度低于λ？点时可能有周期性的温度波动，后来将这种温度波称为第二声，而压力波为第一声。对第一声和第二声的研究又得到另外两种声：第三声超流态氦薄膜上超流体的纵波，第四声多孔材料孔中液氦中超流体内的压缩波。深入研究这些现象都已经成为研究液氦的物理特性尤其是量子性质的重要手段。

　　　　声波可以透过所有物体：不论透明或不透明的，导电或非导电的，包括了其他辐射（如电磁波等）所不能透过的物质。因此，从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。近年来在地震观测中，测定了固体地球的简正振动，找出了地球内部运动的准确模型，月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果，也同样令人满意。进一步监测地球内部的运动，最终必将实现对地震的准确预报，从而避免大量伤亡和经济损失。

　　　　通信应用

　　　　语言通信：主要研究语言的分析、合成和机器识别问题。录放声设备和电子计算机的发展在这些工作中起了很大促进作用。已作到语言可以根据打字文稿按声学规律合成声音，有限词汇的口语可以用机器自动识别，口语也可以转化为电码或由电码再转换为声音（声码器）并保存原来口语的特性。现在语言通信的设备还比较复杂。系统的质量和局限还有待于改进。这种改进不仅是技术上的，更重要的是对语言的产生和感知的基本理解。这只有深入进行语言和听觉的基础研究才能得到解决，而不是近期所能完成的。

　　　　医疗应用

　　　　除了助听、助语设备外。声学在医学中还有很多可以应用的方面，但发展都很不够或根本未发展。特别是在治疗方面。有迹象说明低强度超声可加速伤口愈合，同时施用超声和x射线可使对癌症的辐射治疗更加有效，超声辐射可治愈脑血栓等，但这些都未形成常规的治疗手段。主要原因是不能确定适当的剂量，超声治疗的机理不明，不清楚是局部加热的结果，还是促进体液的流动起的作用。

　　　　超声检查体内器官并加以显示的方法有广泛的应用声波可透过人体并对体内任何阻抗的变化灵敏（折射、反射），因此超声透视颅内、心脏或腹内的某些功效远非x射线可比。而且不存在辐射病，但使用时也有局限。超声全息用于体内无损检测的技术则尚待发展。达到临床使用的超声技术还包括利用多普勒效应查体内运动（包括胎儿运动及血管内血液的流速等），神经外科在脑的深部用聚焦的超声波造成破坏而不影响大脑的其他部分，利用超声处理治疗人耳中的平衡机构等。牙科用超声钻钻牙而丝毫不影响软组织，可以大大减少病人的不适。

　　　　环保应用

　　　　当代重大环境问题之一是噪声污染，社会上对环境污染的意见（包括控告）有一半是噪声问题。除了长期在较强的噪声（90db以上）中工作要造成耳聋外，不太强的噪声对人也会形成干扰。例如噪声级到70db，对面谈话就有困难，50db环境下睡眠、休息已受到严重影响。近年来，对声源发声机理的研究受到注意。也取得了不少成绩。例如，撞击声、气流声、机械振动声等的理论研究都取得重要成果，根据噪声发生的机理可求得控制噪声的有效方法。

　　　　建筑学应用

　　　　环境科学不但要克服环境污染。还要进一步研究造成适于人们生活和活动的环境。使在厅堂中听到的讲话清晰、音乐优美是建筑声学的任务，厅堂音质的主要问题是室内的混响。宿舍、公寓建筑的声学问题主要不是研究室内音质（因为房间都很小，混响时间不长），而常常是研究隔声，即要求尽量减小邻居之间的互相干扰：如楼上走路，楼下听得很清楚。隔声大小与墙壁或楼板的厚度（或单位面积的质量）直接有关，但建筑界的倾向是向轻结构发展，与隔声要求正相反，这就给声学家提出难题。劲度控制也许是解决这个矛盾的方法，但还需要做大量工作。城市噪声控制和音质涉及了多方面的问题。非常复杂，许多学科的专家都为此做出了重要贡献。但还有待更深入的进展。

　　　　声学与振动

　　　　《声学与振动》是一本关注声学与振动领域最新进展的国际中文期刊，由汉斯出版社出版发行。主要刊登声学与振动领域最新技术及成果展示的相关学术论文。支持思想创新、学术创新，倡导科学，繁荣学术，集学术性、思想性为一体，旨在为了给世界范围内的科学家、学者、科研人员提供一个传播、分享和讨论声学与振动领域内不同方向问题与发展的交流平台。

　　　　研究领域：

　　　　声学

　　　　普通线性声学

　　　　非线性声学

　　　　流体动力声学

　　　　超声学、量子声学和声学效应

　　　　次声学

　　　　水声和海洋声学

　　　　结构声学和振动

　　　　噪声、噪声效应及其控制

　　　　建筑声学与电声学

　　　　声学信号处理

　　　　生理、心理声学和生物声学

　　　　语言声学和语音信号处理

　　　　音乐声学

　　　　声学换能器、声学测量及方法

　　　　声学测量方法

　　　　声学材料

　　　　信息科学中的声学问题

　　　　与声学有关的其它物理问题和交叉学科

　　　　振动与波

　　　　线性振动力学

　　　　非线性振动力学

　　　　弹性体振动力学

　　　　随机振动力学

　　　　振动控制理论

　　　　固体中的波

　　　　流体—固体耦合振动

　　　　振动与波其他学科（未完待续）
257　物理学之光学　上
　　　　光学（optics）是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。是物理学的一个分支，解释了光的现象及特性。

　　　　基本介绍<；<；…重复目录…

　　　　光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得（euclid，公元前约330～260）的（catoptrica）研究了光的反射；阿拉伯学者阿勒。哈增（ai…，965～1038）写过一部，讨论了许多光学的现象。

　　　　光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。

　　　　光的本性（物理光学）也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释。於是光学的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史上的一根红线。

　　　　狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics（光学）这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到x射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示。以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。

　　　　分类介绍

　　　　高等物理光学分类

　　　　（1）几何光学

　　　　（2）物理光学

　　　　（3）量子光学

　　　　初等物理分类

　　　　（1）初中阶段：几何光学

　　　　（2）高中阶段：几何光学、物理光学

　　　　（3）说明：一般生活中提到的光学就是高中阶段的分类标准。

　　　　历史发展

　　　　光学是一门有悠久历史的学科，它的发展史可追溯到2000多年前。

　　　　人类对光的研究。最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”之类问题。约在公元前400多年（先秦的时代），中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的记载。叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。自《墨经》开始，公元11世纪阿拉伯人伊本。海赛木发明透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定律。

　　　　1665年，牛顿进行太阳光的实验。它把太阳光分解成简单的组成部分，这些成分形成一个颜色按一定顺序排列的光分布——光谱。它使人们第一次接触到光的客观的和定量的特征，各单色光在空间上的分离是由光的本性决定的。

　　　　牛顿还发现了把曲率半径很大的凸透镜放在光学平玻璃板上，当用白光照射时，则见透镜与玻璃平板接触处出现一组彩色的同心环状条纹；当用某一单色光照射时，则出现一组明暗相间的同心环条纹，后人把这种现象称牛顿环。借助这种现象可以用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。

　　　　牛顿在发现这些重要现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流。微粒从光源飞出来，在均匀媒质内遵从力学定律作等速直线运动。牛顿用这种观点对折射和反射现象作了解释。

　　　　惠更斯是光的微粒说的反对者。他创立了光的波动说。提出“光同声一样，是以球形波面传播的”。并且指出光振动所达到的每一点，都可视为次波的振动中心、次波的包络面为传播波的波阵面（波前）。在整个18世纪中。光的微粒流理论和光的波动理论都被粗略地提了出来，但都不很完整。

　　　　19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯。杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝乾涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏乾涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯…菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。

　　　　在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。为了解释这些现象，菲涅耳假定光是一种在连续媒质（以太）中传播的横波。为说明光在各不同媒质中的不同速度。又必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想象的。1846年。法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。

　　　　1860年前后。麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888年为赫兹的实验证实。然而，这样的理论还不能说明能产生象光这样高的频率的电振子的性质，也不能解释光的色散现象。到了1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。

　　　　对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出令人满意的解释。并且，如果认为洛伦兹关于以太的概念是正确的话，则可将不动的以太选作参照系，使人们能区别出绝对运动。而事实上，1887年迈克耳逊用乾涉仪测“以太风”，得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不少片面性。

　　　　1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。

　　　　量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。（未完待续）
258　物理学之光学　中
　　　　1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。

　　　　1905年9月，德国《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的“关于运动媒质的电动力学”一文。第一次提出了狭义相对论基本原理，文中指出，从伽利略和牛顿时代以来占统治地位的古典物理学，其应用范围只限于速度远远小于光速的情况，而他的新理论可解释与很大运动速度有关的过程的特征，根本放弃了以太的概念，圆满地解释了运动物体的光学现象。

　　　　这样，在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒性。

　　　　1922年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效应，以及当时已能从实验上获得的原子光谱的超精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理紧密相关的。光学的发展历史表明，现代物理学中的两个最重要的基础理论——量子力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。

　　　　此后，光学开始进入了一个新的时期，以致于成为现代物理学和现代科学技术前沿的重要组成部分。其中最重要的成就，就是发现了爱因斯坦于1916年预言过的原子和分子的受激辐射，并且创造了许多具体的产生受激辐射的技术。

　　　　爱因斯坦研究辐射时指出，在一定条件下，如果能使受激辐射继续去激发其他粒子，造成连锁反应。雪崩似地获得放大效果，最后就可得到单色性极强的辐射，即激光。1960年。西奥多。梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来。得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。

　　　　光学的另一个