振動與波的古代觀念

人們常見到水面波和繩子波，它們傳播能量的方向和振動方向相垂直，因此這種波叫橫波。空氣中的聲波，是發(fā)聲體使空氣振動而成的。空氣發(fā)生了像彈簧那樣一疏一密的振動，它的傳播能量的方向和振動方向相平行，因此聲波是縱波。各種各樣的聲音都是由發(fā)聲體振動引起的，這種振動通過空氣或其它媒介傳播到人的耳朵，人就聽到聲音。振動與波的概念的建立和發(fā)展，是和人們的生活實踐和生產(chǎn)實踐分不開的。

上古時代，人們在漁獵生產(chǎn)中常見到湖泊池沼的翩翩水波，水面上的浮萍、木條卻并不隨波前進，而是在作上下振動。在紡繩織網(wǎng)中，彈動繩子，波浪從一頭傳到另一頭，但繩子上的線頭也不隨波逐流。經(jīng)過人們長久思索之后，這種大自然的美終于在新石器時代被匠師以藝術(shù)的形式描畫在各種陶土工藝上。這些紋飾與近代波動描繪圖幾乎一致。西周時期一首著名的民歌《伐檀》唱道：

丁丁當當來把檀樹砍，

砍下檀樹放河邊，

河水清清紋兒像連環(huán)。

……

做車輪兒砍樹響丁當，

砍來放在大河旁，

河水清清圈兒連得長。

《管子·侈靡篇》寫道：“蕩若流水，使人思之?！笔幯乃て鹪娙说那楦校隽藙趧拥淖院?。但同時，它又能牽動思維神經(jīng)、提出科學的疑問：為什么擴展而開的水波不能阻止水的往下流動？《管子·君臣下》說：“夫水波而上，盡其搖而復下，其勢固然者也。”這是古代人的回答。

約公元1世紀時，東漢思想家王充終于發(fā)現(xiàn)，聲音在空氣中的傳播形式是與水波相同的。他在《論衡·變虛篇》中說：

魚長一尺，動于水中，振旁側(cè)之水，不過數(shù)尺，大若不過與人同，所振蕩者不過百步，而一里之外澹然澄清，離之遠也。今人操行變氣遠近，宜于魚等，氣應而變，宜與水均。

這段文字的前一句，描寫了游動的魚攪起水面浪花及水波傳播距離的遠近。后一句指出，人的言語行動也使空氣發(fā)生變化，其變動之情與水波一樣。此外，王充在這里還表達了另一個科學思想：聲音的強度隨傳播距離的增大而衰減：魚激起的水波不過百步，其聲音在一里之外消失殆盡；人聲和魚聲一樣，也是隨距離而衰減的。因此，王充是世界上最早向人們展示不可見的聲波圖景的，也是最早指出聲強與傳播距離的關(guān)系。

到了明代，借水波比喻空氣中聲波的思想更為明確、清楚。明代科學家宋應星在《論氣·氣聲》篇中寫道：

物之沖氣也，如其激水然?！允端?，水面迎石之位，一拳而止，而其紋浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其蕩氣也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳。

敲擊物體使空氣產(chǎn)生的波動如同石擊水面波。這就是宋應星的結(jié)論。

當然，聲波是縱波，水波是橫波。古代人由于受到時代的局限，對這一點分不清，我們是不能苛求的。

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