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波叠加的能量悖论

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这个问题我在大一学习普物时就已经遇上了,现在我马上大四了还是没有一个合理的解释。简单点的说就是根据波的叠加原理,振幅是可以线性叠加的,但是波的能量却是与振幅的平方成正比的,这样的话就会产生悖论,比方说两个振幅相同的同频率的光波叠加就会产生一个能量为原来四倍的新的光波。一般教材在讲到这时都会说两束波相叠加时有的地方加强有的地方减弱,产生了能量的重新分配。但是若是两束相差相位恒定的平面波相叠加就有可能只有加强没有减弱,这样的话就会产生前面的能量悖论。
现在才是真正让人感到恐惧的事情,根据周炳琨的《激光原理》,很多时候人们就是用上面的方法产生大功率激光,就是讲n束同频率的激光相叠加,如果将相位差控制的好的话就会产生一束能量为n的平方的强激光。天哪,世界就是这个样子,错的不是波的叠加原理而是能量守恒定律!能量守恒定律竟然出错了!世界会变得怎样?



1楼2012-07-25 14:50回复
    拿Maxwell方程来说吧,对真空中的电磁波,确实满足叠加原理。而服从麦氏方程可知能量守恒是满足的


    来自手机贴吧4楼2012-07-25 16:23
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      不是波的能量和振幅平方成正比,是波的强度和振幅平方成正比。
      


      6楼2012-07-25 16:30
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        能量只和频率有关~什么时候和振幅扯上关系了?


        来自手机贴吧7楼2012-07-25 21:08
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          楼主你这种叠加根本就做不到。两个光源完全重合,各自都在发射一束同相位同振幅的光,然后叠加成一束双倍振幅的光——这你能做到吗?显然做不到,否则你告诉我所谓的“各自发一半光”在哪?空间中实际上根本不存在这两束弱光,只有一束强光。
          如果两个光源不完全重合,那么两束光想叠加就不可能完全平行,而且光束是要有宽度的,这时就轮到干涉告诉你分配结果了。


          IP属地:山东8楼2012-07-25 21:55
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            首先lz说的没错。波的能量正比于其振幅平方
            对于lz的问题,波的能量的确成倍放大了。增加的能量由边界补充。


            9楼2012-07-26 10:55
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              赵凯华先生写过一篇《波叠加时的能量佯谬》,百度文库里有,大家可以去看看,解决了我的部分疑惑,但是仍然有一大堆疑团困扰着我。


              10楼2012-07-26 11:42
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                对于没有边界补充的(比如自然边界条件)概率波,我想到了波函数重叠区域的交换能和共价键。


                IP属地:山东11楼2012-07-26 12:19
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                  呵呵
                  没错,能量正比于振幅的平方。只不过,计算的时候要考虑一个周期。
                  分别计算叠加前后的能量就知道能量守恒啦。很简单的积分,我就不算了。


                  IP属地:江苏12楼2012-07-26 12:48
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                    只有内秉线性问题,才能满足叠加原理。


                    13楼2012-07-26 15:37
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                      没看我12楼吗?


                      IP属地:江苏14楼2012-07-26 17:15
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                        这个问题错在了对概念的理解。波的叠加是指不同波之间的叠加。
                        比如说y(x,t)=A sin(kx-wt)。如果我能说成是2个0.5Asin(kx-wt)叠加而成,那么我也可以说成是0.1A sin(kx-wt)和0.9A sin(kx-wt)叠加而成。显然能量又不一样了。
                        那是什么造成了这个悖论。主要问题是波的叠加是指两个不同的波。
                        简而言之,你说的这种叠加,都是一个波。
                        lz的命题相当于将一个波拆分后,用叠加原理叠加,必然出现这种悖论。
                        http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=9361


                        15楼2014-01-24 17:25
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                          虽然是个坟帖,我还是发表一下我的意见。
                          8楼基本说到了问题的重点,两个波源没法完全重叠。
                          如果两个波源不重叠,两个波源互不影响,那么,波就会产生干涉现象,一部分位置是波峰与波峰叠加,振幅可以达到两个波峰的和,而另一部分位置是波峰与波谷叠加,波幅为0,于是,一部分位置的波幅达到单波源时的2倍,能量达到单波的4倍,另一部分位置的波幅为0,能量为0,各处能量的和平均,就是单波的2倍,能量守恒。
                          如果非得两个波源完全重叠,那么我们可以设计一个模型:一个弹簧振子靠外力补充能量成为波源,我用力F可以使振子小球的位置偏离平衡位置1m,使得弹簧获得弹性势能E,你力气跟我一样大,也可以用力F使小球的位置偏离平衡位置1m,使得弹簧获得弹性势能E,如果你我同时用力,那么,两个力F的合力2F就可以使小球偏离平衡位置2m,也就是你我都用力F使小球偏离平衡位置2m,你我对小球做的功就不再是各为E,而是各为2E,此时弹簧的弹性势能也就不是2E,而是4E;如果你我都只对小球做功E,合力使得弹簧的弹性势能为2E,那么你我都就都只需用0.707F的力,合力1.414F,使小球偏离平衡位置1.414m。也就是说如果两个波源完全重合,两个波源就会互相影响,两个力F的合力2F的波源确实可以使振幅增大到2倍,但每个波源所提供的能量也就是单个波源时的2倍,两个波源提供的总能量就是不叠加时单个波源能量的4倍;而如果两个波源都只提供单波源时的能量,其使用的力就只需单波源时的0.707倍,合力为1.414倍,而位移为单波源时的1.414倍,最终得到单波源时振幅1.414倍、能量为2倍的波。


                          IP属地:广东17楼2024-08-06 20:48
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