§4.11波能学
波能学也叫做波炁流学、波学,是关于波炁流(波能,简称波)的学问。波能是能量范围(能谱)为100~1012Hz的炁流。波可分为两类:声波(声音)和电磁波(无线电波),其中声波能是100~105Hz的炁流,电磁波能是105~1012Hz的炁流。又可以继续进行细分,例如声波分次声波(10-4~10Hz)、低声波(10~20Hz)、声波(20~2万Hz)、超声波(2万~109Hz)等,电磁波(无线电波)分长波(~105Hz)、中波(105~1.5×106Hz)、中短波(1.5×106~6×106Hz)、短波(6×106~3×107Hz)、超短波(3×107~3×1011Hz),超短波又分为米波(3×107~3×108Hz)、分米波(3×108~3×109Hz)、厘米波(3×109~3×1010Hz)、毫米波(3×1010~3×1011Hz)、微波(3×108~3×1010Hz)等。至于热、光和射线等炁流的波动性同波炁流有本质上的不同,有不同的特点,实际上不属于波能的范畴。
波能的主要应用是传播信息,例如说话、无线电、有线电、电波技术、卫星传播、电信号。其次是作为传播能量的手段,例如声波武器和声波工具(微波炉、射频武器、声波功等)。
三维超声波扫描技术是由美国人发明的,能够看见立体的人体内部情况。
声音可以用于制冷。氟利昂等化学制冷容易污染环境,破坏臭氧层,已经停止使用。声制冷机也叫做热声制冷机。用声音制冷早在1876年前就由瑞利提出,直到1990年段才有应用。其原理是利用扬声器产生的声波使气体分子发生震动,气体进行胀缩运动而吸热,实现制冷目的。第一台声音制冷机是由美国研制成功的,能够把物体温度降低100℃。所使用的气体是十几个大气压的氦气。氦气是惰性气体中声速最大,热传导能力最强的,所以选用了氦气。现在已经制造出制冷能力达100瓦,最低温度达—123℃的声制冷机。但是离商业化还有一定的距离。
噪声是工业化的产物,会影响神经、大脑、血液功能,使人致病,严重危害人类的健康。利害相关,有害也有利。噪声可以用来降噪(以噪制噪,以毒攻毒)、测量体温(器官分子振动产生噪声,该处有病则温度变化,产生的噪声也变化)、除尘(2千周160分贝的噪声)、除草(不同植物对不同频率的声音有不同的敏感性,噪声能够让杂草提前发芽而除去,也可以用噪声催芽)、噪声弹(使人昏迷)。
次声波武器。1968年法国马赛附近有一个20口人的家庭在吃饭时突然全部死亡,附近正在田间劳动的一群农民也同时毙命。经调查,原来是附近一家次声波武器研究所的工作人员使次声波泄漏出来引起的。人能够听见20~2万赫兹的声音,次声波为16赫兹以内。人体的固有频率是几~十几赫兹,正好处在次声波的范围,所以能够引起共振,使人出现头昏、恶心、痉挛、呼吸困难、惊恐不安、神经错乱、昏迷、血管破裂而丧命。因为是无声的,所以也叫做无声杀手。次声波作用距离远,穿透力强,能够穿透建筑物、坦克、潜艇。可能成为同激光武器一样的新型大规模杀伤武器。
水声学(声纳学)。1918年法国的保尔郎之万研制成功石英压电晶体声纳。声音在水中传播,碰上障碍物会反射声音,因此可以了解水里的情况。
雷达探测是通过无线电波反射进行定位的方法。有侦察雷达、警戒雷达、侧视雷达、引导雷达、制导雷达、炮描雷达、定位雷达、脉冲压缩雷达等。
遥科学。这是1985年提出的概念,在远距离操作中得到广泛应用,在航空航天、危险、高温、遥远地方的应用。遥科学是人体感官的感觉能力和行为能力的延伸,由遥现场(遥视)和遥操作(遥控)两部分组成。利用无线电技术对声音、图象、指令进行有效传送和实时控制。在地面对航天器(飞行器、空间机器人、空间实验室)进行无人操作,如同亲临现场一样。精确制导技术有线制导、电视制导、微波雷达制导、红外制导、激光制导、毫米波制导、地形匹配制导、合成孔径雷达制导、光纤制导、综合制导(毫米波辐射图像匹配制导、地貌景像匹配制导、导航星全球定位系统辅助制导、惯性-地形匹配-数字景像匹配制导)。制导需要借助无线电波进行操作,也属于遥科学范畴。