波在宇宙中是一种神奇的存在，是一种能量的载体，也是传递力的方式。我们熟知的水波、声波、光波都是以波的形式在传递能量！当然也包括所有的波长的电磁波，就连本该是粒子的微观世界也具有波动性。这不仅让我深思，波到底是什么东西？

在上一篇文章中我们说了振动和最基本的简谐运动，这是理解波的开始，有兴趣的朋友可以戳链接：一口气搞懂︱振动和简谐运动的物理学

波每时每刻都在我们周围，它不仅让我们听到美妙的音乐，还可以为我们加热食物、享受刺激的水上运动，甚至可以说没有波地球就不会有生命，因为我们地球万物沐浴的阳光，也是一种波——电磁波。从古希腊开始，人们就对波产生了浓厚的兴趣，公元前550年毕达哥拉斯观察并描述了振动的弦是如何产生声音的。

伽利略·伽利莱、罗伯特·波义耳和艾萨克·牛顿都在这一领域有了自己的发现，但直到18世纪达朗贝（dAlembert）推导出了波动方程，才使得这一领域变得清晰，并使许多未来的科学家才有可能解释波动现象。其中波动方程也揭示了波的传播速度是有限的而不是瞬时，这也为以后的狭义相对论提供了支持。

波的基本原理

简单地说，波是一种传播的扰动；是一种通过介质传递能量的方式。不同的波在不同的介质中传播，例如：机械波、水波和声波。曾几何时我们一直认为，任何波的传递都需要介质，我们甚至自己发明出了以太这种并不存在的物质，以解释电磁波的传递，但自从迈克逊-莫雷实验以后，我们才认识到原来电磁波不需要介质就可以传播，甚至引力波也可以通过扰动空间的方式传播。

根据波的传播方式，我们有两种基本的波：横波和纵波。因为这是个比较大的概念，所以在这篇文章中，我们将更多地关注横波(电磁波就是横波)，而把纵波留下篇我们讲声波的时候再说。

对于纵波来说，质点被扰动的方向与波传播的方向平行，介质中质点之间会被压缩和膨胀。另一方面，横波沿着与质点运动垂直的方向移动，所以当质点上下振动时，波会向左或向右移动。回想下上篇文章我们介绍的简谐运动，横波就与之相关。

介质是相互作用的质点集合

在波传播的过程中质点一直在相互影响，现在你想象一根弦，并且向上移动一个质点，其他的质点也会跟着移动。最简单的形象化的方法就是用一个弹簧，当弹簧中的第一个线圈受到干扰时，它会推或拉第二个线圈，第二个线圈也会对第三个线圈做出同样的动作，这时我们就能看到波动。线圈会上下移动，但波会左右传播。对于横波，介质中的每一个质点都在一个固定的位置上振荡，波的传播方向垂直于这个振荡。下图：

波不沿传播方向移动质量，波只传递能量。

在横波中上下振动的质点使它们旁边的质点也开始振动。质点之间没有相互传递质量，也没有收缩或扩张。质点所做的就是把能量传递给另一个质点，如果没有能量传递，另一个质点就不会振动，也不会形成波。波没有质量的运动，被认为是能量传输的现象。我们需要知道的是，能量总是以波的形式在传输，那么你觉得体育场的人浪真的是波浪吗？不，我们称人浪为波，只是因为人浪的运动类似于波的运动，但人和人之间由于没有发生能量的转移，所以它们不是真正的波。

对波的描述

频率、波长和振幅

我们可以用很多物理量来描述一个波，但最重要的是波的频率、波长和振幅。波的振幅(A)是粒子从其平衡位置的最大位移，我们也称它为波的高度，类似于上篇文章简谐运动的振幅。

波长(λ)是波一个周期的长度，可以在波的任何地方看到，在两个连续的波峰、波谷或波的任何其他两个等效点之间的距离。因为振幅和波长都在测量距离，所以它们都以米（m）为单位。

周期

我们还需要解释的另一件重要的物理量是周期。波周期(T)是任何质点完成一个完整振动周期所需要的时间，也就是一个质点从它开始的地方振动，然后回到它开始的地方所需要的时间。以秒为单位测量，并且与频率有直接的关系。我们总是可以从一个得到另一个，因为频率是在一定时间周期内沿波的任何点完成的波周期数，以赫兹为单位（Hz）,f=1/T。