奇迹百科大杂烩: 相速度与群速度
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关键词: 物理学和天文学网上答疑
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相速度与群速度 - phase velocity and group velocity
2005年3月31日 周四 http://www.qiji.cn/baike/pages/2189.html
两个频率相近的正弦波迭加为行波,波形传播的速度即为群速度;
两个频率相近的正弦波迭加为行波,波形传播的速度即为群速度;

提交者: ZT】考虑单色平面波的波动方程:

$\psi _k (x,t) = Ae^{i(kx - \omega t)} $

相速度 $v_p$ (phase velocity)表示相位传播的速度,

$v_p = \frac{dx}{dt} = \frac{\omega }{k}$

对于真实的物理问题,理想的单色平面波是不存在的,我们用波包表示“真实”的波,波包是一系列不同波失的单色平面波的迭加,

$\psi ( x,t) = \int dkA ( k )e^{i ( kx - \omega (k)t )} $

这里的$\omega (k)$ 是色散关系。群速度(group velosity)表示波包形状(包络线)传播的速度:

$v_g = \frac{d\omega }{dk}$

只有“波形”发生变化,才能携带有效的信息,因此只有波包的群速度可代表信号传播的速度。在量子力学中,群速度也对应为粒子运动的速度,它是小于光速$c$的。

而相速度则可以超过光速$c$,但这并不与狭义相对论矛盾,因为光速仍然是最快的通讯速度。

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网址: http://krypton.mnsu.edu/~7364eb/Math113/groupvelocity.html

 
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