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第四章 上帝的注视和滴水的水龙头（第1页）

第四章上帝的注视和滴水的水龙头

当你从东方的地平线冉冉上升时，你将你的美丽遍洒每一片土地。虽然你在遥远的地方，你的光仍然普照大地。

阿肯那顿（Akhnaton）

《赞美太阳诗》（HymntotheSun，约于公元前1370年）

在阿肯那顿王统治下的古埃及时代，人们信仰的是一种已不存在的神教，崇拜的是太阳。人们认为阳光是神的注视。在那时，人们认为眼睛会放出光让我们能看见东西。视觉就和我们现在的雷达一样，眼睛放出光，直接接触被看见的物体。太阳射出它的视线，照亮尼罗河谷，并使河谷变暖，没有它的时候，除了星光，几乎看不见任何东西。以当时的物理知识，及那些礼拜太阳的人对他们宗教信仰的虔诚，把光视为神的视线似乎是一种合理的看法。3300多年后的今天，有一个更深奥却显平淡无奇的描述，赋予光一个更恰当、更好的解释。

波长×频率=波速

你坐在浴缸中，水龙头开始滴水，假定每秒滴下1滴水，这滴水造成了1个小水波，以极美的弧形慢慢散开。当水波碰到浴缸时会反射回来，反射回的水波强度减弱。在反射一两次后，水波就看不见了。而在水龙头那一边，每滴1滴水就有一道新的水波出现。每当水波冲到你的橡皮鸭时，它就一上一下地浮动。显然，水波高峰处的水位较高，低谷处的水位较低。水波的“频率”就是在一定时间内，水波波峰经过你所设定的观测点的次数——在我们举的例子中，频率是每秒钟1次。因为每滴水可以产生1个水波，产生水波的频率和滴水的频率相同。水波的“波长”就是连续的2个波的波峰间的距离——在我们举的例子中，波长约10厘米。可是，如果每秒有1个波峰经过我们的观测点，而波长是10厘米，那么，波速度就是每秒10厘米。你如果仔细想一下就会明白，波的速度就是波长乘以频率。

湖面水波形状

浴缸的水波和大洋中的水波都是二维的，它们从一点以圆圈的形式向外扩散。而声波是三维，从声波的波源向所有的方向传播。在波峰处，空气被压缩了一些；在波谷处，空气变稀薄了一点。你的耳朵能区分这些波的不同。如果这些波峰来的次数很频繁（频率高），声波听上去就是高音的。

音调就是声波波峰撞击你耳朵的频繁程度。中央C代表的是每秒钟声波波峰撞击你的耳朵261次。我们称之为261赫兹[28]。中央C的波长是多少？如果声波可以用眼睛看得到的话，也就是说从一个波峰到下一个波峰间的距离是多少？在海平面，声音的传播速度大约是每秒340米（约每小时1100千米）。和浴缸中的水波一样，声波的波长也是波速除以波的频率。算下来，中央C的波长约为1。3米——大约是9岁小孩的身高。

声音不因人而异

有些人想出一些古怪的问题试图难倒科学的推理——其中一个问题是这样的：“对天生失聪者来说，中央C是什么？”这个问题很容易回答。中央C的频率还是261赫兹，这是一个极精确、单一的属于中央C的声音，不属于任何其他声音。如果你不能直接听到这声音，你可以借助仪器——示波器（oscilloscope）把它显示出来。当然，这和亲耳听到声音的感受完全不同——这种“听”用的是视觉而非听觉——可是，有差别吗？所有关于音调的信息都清楚地显示在那儿。你可以通过电子方式感受到和弦（chord）、断音（staccato）、拨奏曲（pizzibre）。你可以认出中央C来。也许看到用电子方法显示的音调信息和亲耳听到的体验不同，可这也只是体验上的问题。即使暂时撇开像贝多芬这样的音乐天才，你就是全聋了还是可以体验音乐。

这也回答了另一个谜题：森林中有一棵树突然倒下了，如果没有人听到，那么树倒下时究竟有没有发出撞击声？当然，如果我们对声音的定义是，要有人听到才算发出声音，那么按此定义，这棵树就没有发出声音。可是，这种对声音的定义未免太高抬人类的重要性了，重要到宇宙万物唯人类是从。显然，如果一棵树倒了，一定会发出树倒了的声音。我们可以借助录音器将此声音收录在光盘中，并通过音响设备放出来，这样就可以听到这树倒地时发出的声音。因此，根本就没有什么不可解的谜题。

听力的范围

可是，人类的听觉不是很完美。我们听不到有些低频率（每秒少于20个波）的声音，但鲸鱼可以用这么低频率的声音来互相通信（或谈话）。大部分的成人也听不到有些高频率的声音（每秒超过2万个波），可是，狗就可以听到（可以用一个高频率的哨子来叫狗，人还不会觉得吵）。有许多声音的音域超过人耳听觉的接收范围——例如，每秒超过100万个波的声音。我们的感官，虽然已经进化得极端敏锐易感，可还是有其物理上的基本限制。

我们用声音来互相交流。我们灵长类的亲戚们也是这样做的。我们是群居动物，而且对彼此的依赖性很强，所以必须相互沟通。因此，在过去的数百万年间，当我们的大脑以空前的速度在进化时，掌管我们语言能力的大脑皮层（cerebralcortex）也随之大幅进化，我们使用的词汇量也大为增加，我们能发的音也越来越多了。

当我们还是在狩猎采集时，我们制订每日计划、教育下一代、交友、警告他人有危险，以及在晚饭后，坐在火边看星星，聊天讲故事，这些活动都需要语言。最终，我们发明了音标的书写方法，可以把我们的发音写在纸上。我们只要瞄一眼纸上的符号，就可以在脑中听到别人说的话——这项发明在最近数千年中广为流传，使我们几乎忘了这是一项多么奇妙而伟大的发明!

语言无法立即传播到对方耳中。当我们发音时，我们发出的行波（travellingwave）在空气中以声速传播。从实际感觉来看，声音的传播几乎是瞬时完成的，不花任何时间。可是，你的喊声只能传播到一定的距离。很少有人可以用喊声同另一个在100米外的人讲话。

近代以前，世界上的人口很稀少。我们很少有必要同100米外的人讲话。除了我们的家庭成员，几乎没有其他人会走近和我们交谈。在当时人口稀少的情况下，若有人走近要和我们说话，我们的态度通常是带有敌意的。民族优越感（这种想法使我们认为自己小社团里的任何成员都比别人要强）及生人恐惧感（一种对外人“先开枪再问是谁”[29]的恐惧）已深植于我们心中。这不是人类特有的习性，所有的猿猴及人猿都有类似的行为，许多其他哺乳类动物也有类似的行为。引发这种行为的部分原因是话语可以传播的距离太短了。

隔离创造不同的文化

如果我们与其他的人隔离了太久，我们就会逐渐朝不同的方向发展。例如，其他地区的战士不穿戴我们这里流行的鹰羽毛饰品，而穿戴豹皮。他们的语言也逐渐迥异于我们的。他们礼拜的神祇名字和崇拜的仪式也和我们的不同，奉献方式也不一样。隔离能产生不同的文化。人口稀少（指早期人类发展时期）加上限制性很强的交流方式促使文化隔离的产生。人科（包括许多已绝种的人类系）——在数百万年前，起源于一个非洲东部的小地区——逐渐流浪、分开、演变成不同的文化，最后，大家都变成了陌生人。

扭转这种趋势——各种族之间重新建立熟识的关系，使失联的人类种族重行团聚，把各种族凝聚起来——是最近才开始发生的，而发生的原因就在于科技的发展。把马变成家畜，就可以让我们去旅行，或把信息传播到数百千米外的远方。帆船技术的进步，使我们可以到达地球上最遥远的角落——虽然只能慢慢地驶过去。18世纪，从欧洲到中国的航行时间长达两年。虽然在那时，双方已经能互派大使，交易经济价值高的物品，但对18世纪的中国人来说，欧洲人的奇异程度，就和来自月球的人一样，反之亦然。要把世界真正地凝聚在一起，消除世界地方主义化，就要有比马匹或帆船更快的运输技术，同时，运输的价格也要够便宜，使每个人能可以用得起。这类科技始于海底电缆传送电报以及电话通信的发明。无线电、电视、人造卫星通信的发明，使得通信科技流传极广。

光速通信

如今我们可以——频繁地、随意地——以光速通信。从倚赖马匹或船只来传达，到以光速传播，信息传送的速度几乎增加了10亿倍。基于一个很基本的原理——已在爱因斯坦的狭义相对论中以公式表达得很清楚了——我们知道我们不可能以超过光速的速度通信。仅用了1个世纪，我们就到达了速度的极限。这项科技威力之强大、影响之深远，是我们目前无法超越的。

我们在打越洋电话时，已经可以感受到，从我们说完话到对方开始反应之间有一段空当。在这段空当时间中，我们的声音以空气为媒介传到话筒，变成电信号后通过电线传送到发送站，发送站再用大型碟形天线把无线电波变成无线电波柱传到同步卫星上去。同步卫星再以它的小型碟形天线把无线电波变成无线电波柱射到接收站，再变成电信号，经由电线传到另一方的听筒（也许这信息是从半个世界外的远方传来的）。电信号经放大后，使听筒中的一片薄膜发生振动，从而把电信号转换成声音，然后再以空气为媒介，通过极短的距离传到耳中，并由耳朵变成电化学信息传到大脑，由大脑解释这信息的意义。

无线电波从天线送到同步卫星的来回时间是14秒左右。传送站离接收站越远，这段时间也就越长。在与登陆月球的阿波罗宇宙飞船通信时，这段空当时间就很长。这是因为光（电波）从地球到月球的来往时间是2。6秒。从火星轨道的人造卫星发出的信息，最快要经过20分钟才能到达地球。1989年8月，我们接收到旅行者2号宇宙飞船从海王星（une）传来的图片，上面显示了海王星及其卫星呈弧状半环的影像。这些图片以数字方式储存，以光速传送，要5小时才能到达地球。这是人类有史以来的最远距离通信之一。

光波、光子、无介质传播