第五章 波和信息的特征
信息有什么特征呢？墨默觉得语言通过声音传递信息，文字图像通过光来传播信息，声音是一种机械波、光是一个电磁波，它们都是波，信息里蕴藏着波的特征。波的特征的物理课程是这样说的。
第一节 波的的特征
波在物理学上指振动并传播能量递进的一种形式。
一、波长、频率和周期
波长是一个物理学的名词，指在某一固定的频率里，沿着波的传播方向、在波的图形中，离平衡位置的“位移”与“时间”皆相同的两个质点之间的最短距离。在物理学，波长普遍使用希腊字母 λ(lambda) 来表示。
横波与纵波的波长 在横波中，波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。在纵波中，波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。在这两种波，“波峰是电场或磁场的变化。波的性质亦有其可量度，例如：声波可以从它的频率来量度，人耳可听的声波从20赫到20千赫；而波长从17米到17毫米不等；可见光从深红色的700纳米波长，到紫色的400纳米波长。
波与频率的关系 波长λ与频率ν（希腊字母"nu"）成反比关系。频率就是某一固定时间内，通过某一指定地方的波数目。以下方程表达了波长与频率的关系：
当中的 是波的相速度。在电磁波的例子，例如光在真空中的速度，亦即光速，是299,792,458 m/s（准确），大约是3×105 km/s。对于声波在空气中传播的速度，在室温大约是344 m/s（即1238 km/h）。
波长的单位一般是米及其导出单位；而频率的单位是赫兹（Hz）及其导出单位。
周期指的是完成往复运动一次所需的时间，物理学上通常以T表示，单位为s。周期为频率（物理学上通常以 表示）的倒数：
二、波的种类
波主要分为机械波和电磁波两种。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；按介质中质点振动方向和波传播方向间的关系，波可分为横波和纵波两种：质点振动方向与波传播方向垂直的叫横波，如图。绳波，；在一条直线上的则叫纵波。机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波；机械波与电磁波的许多物理性质，如：折射、反射等是一致的，描述它们的物理量也是相同的。常见的机械波有：水波、声波、地震波。常见的电磁波有：光波、无线电波、微波、红外线等。
三、波源和传播
波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。
波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。
四、波的干涉和衍射
百度百科是这样说的：
（一）波的干涉
波的干涉是物理学现象。频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象叫做波的干涉。波的干涉所形成的图样叫做干涉图样。
1、波的独立传播原理---各波源所激发的波可以在同一介质中独立地传播，波的干涉它们相遇后再分开，其传播情况(频率、波长、传播方向、周期等)与未遇时相同，互不干扰，就好像没有和其它波相遇一样;
2、位移矢量叠加原理---在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
3、一切波都能发生干涉，包括水波、声波、光波等等。干涉是波特有的现象。(波特有的现象还有波的衍射)
产生干涉的一个必要条件是，两列波(源)的频率以及振动方向必须相同并且有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差(相差)，相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。
特殊情况
波的干涉现象，应理解以下几点:
A、波的干涉是波的叠加的一个特殊情况，任何两列波都可以叠加，但只有满足相干条件的两列波才能产生稳定的干涉现象。符合干涉条件的两列波称为相干波。
B、发生干涉的区域中，介质中的质点仍在不停地振动着，其位移的大水波的干涉小和方向都随时间做周期性的变化，但振动加强的点始终加强，振动减弱的点始终减弱，并且振动加强的区域和减弱的区域互相间隔，形成的干涉条纹位置不随时间发生变化。应当明确，所谓振动加强是指质点参与的合振动的振幅比单独一列波引起的振动的振幅大的情况，因此，振动加强的点的位移是在不断变化的，在某一时刻的位移可以为零，只是其振动的振幅保持不变而已。
C、同频率的两波源在同种介质中产生的两列波，波长相同。这两列波的波峰和波峰(波谷和波谷)相遇处，振动加强，A=A1+A2;波峰和波谷相遇处振动减弱，A=A1-A2(A1>A2)。因此可得:若介质中某质点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该质点的振动是加强的;若某质点到两波源的距离之差是半波长的奇数倍，则该质点的振动是减弱的。
满足上述三个条件的两波源称为相干波源。
（二）波的衍射
波的衍射指波在传播过程中，遇到障碍物后，绕过障碍物或缝隙时传播方向发生变化的现象。是波的重要特性之一。
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象.(但也不能比波长小太多，当孔的宽度为波长的大约3/10时波的衍射现象已经不明显--与能量有关，能量会在传播过程中转化为内能或势能)
相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显。
1、障碍物或孔的尺寸大小，并不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件.一般情况下，波长较大的波容易产生显著的衍射现象.【衍射(干涉)是波的特有现象，是验证波的重要方法】
2、波传到小孔(或障碍物)时，小孔处(或障碍处)的波看作一个新的波源(惠更斯原理)，由它发出与原来同频率的波(称为子波)在孔后的传播，于是就出现了波线偏离原波线传播方向的衍射现象.
3、当孔的尺寸远小于波长时尽管衍射十分突出，但由于能量减弱，衍射现象不容易观察到。
水波、声波、光波都能发生衍射现象。"。
可以通过双缝干涉实验来测定波的波长，可以应用晶体衍射研究晶体的原子分布。电子显微镜之所以能够使我们看到更微小的世界也运用了衍射原理。当然，是要减小衍射现象。德布洛意波(物质波)要比光波的波长更短，因此，要发生明显的衍射现象就需要更小的"孔"，而这些"孔"对于光波来说太小了，其干涉现象会使得清晰度大大降低，这就是为什么电子显微镜比光学显微镜更厉害的原因了。
五、 波的能量
波本来就是能量的一种表达方式。无论声波、光波、电磁波都是一种能量。
能量的另一种表达方式就是电，根据麦克斯韦的电磁定律，电流与波是能够相互转换的。
声波必须有介质才能传播，声波的产生带着能量的传导。
光波是电磁波的一种，电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印廷矢量，E为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是W/m²。
电磁波具有能量。电磁辐射是传递能量的一种方式，辐射种类可分为三种：游离辐射、有热效应的非游离辐射、无热效应的非游离辐射。
电磁辐射是一种波动的能量。电磁辐射说明电磁波的发射和传播，是透过空间或介质传递其能量。电磁辐射依频率一般区分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线和伽玛射线等几种形式。依据各个波段具有的能量特征，可得知在非常低温下(接近绝对零度时)，物质内的原子仅能辐射出无线电波和微波；当在摄氏零度左右(水的冰点) 则原子可辐射红外光；在表面温度约摄氏5～6千度的物质(如太阳表面)，才会有可见光的辐射；在温度百万度的物体表面，就会有X射线；到了表面温度达百亿度的物体表面，也会有伽玛射线呈现。除了物体表面温度可说明不同波段的电磁辐射来源之外，气体被强光照射下所产生的「荧光效应」，也会有少量的高能量电磁波，如紫外光、X射线呈现。至于在核爆、超新星爆发时，则也会有大量的紫外光、X射线和伽玛射线呈现。
实际上，电磁波频谱常以所具有的能量（如电子伏特，1电子伏特为1.62x10-19焦耳）、波长（如公里、公尺、公分、微米(1微米=10-4公分)、埃(A0，1 A0 =10-8公分=10-4微米)或频率(如每秒来回一次，称之为「赫兹」(Hertz))来表示。所用表示法的不同，取决于工作使用的方便性。
第二节 波和信息的关系
一、信息由大量的波组成
任何一件小事都包含了大量的波形。
例如“w”，这个字母虽然给我们有一定的信息，我们把它看成为一个波，但是它给出的信息是不够的，再加上“e”就代表着我们的意思，我们干什么呢？显然两个波组成的信息依然不够，再加上“is....”，只有足够的波和信息才可以让我们知道要干什么。
“去年5月20日下午4点钟，北京下大雨”这个信息，我们可以通过新闻广播听到，也可以从报纸看到，或许是电视新闻播出这条信息。以上三种信息可能只是几秒钟，在我们恼海中一闪而过，有时不一定记起来，如果我们那天在北京，我们就是可以身临其境，不单眼睛和耳朵接收到这信息，人体其它的器官也感受到大雨，通过下雨时人、物及空气的变化，从开始下雨到下大雨，再到雨慢慢地停止，都有不同的变化，亲身的体验整个过程，由于接收的信息时间长，其接收的信息都比单从广播报纸电视上接收的信息量大，更容易让人记忆。不同的雨点都有不同的信息，在雨中不同的人，也有不同的故事。就一个事件，包含了大量信息。
二、信息量
信息多了需要一种单位来计量呢？通常是以比特（bit）为单位来计量信息量的，这样比较方便，因为一个二进制波形的信息量恰好等于1bit。
这里的比特严格来说不是指信息量，而是指信号。本来是不可以说是几比特的信号的，但由于一个二进制波形（码元）的信息量正好等于1比特，所以在工程应用中，往往就把一个二进制码元称作1比特，信息量单位变成信号单位了。这虽然不严谨，但也不矛盾。我们注意在概念上区分就行了。
有同学还有疑问：假设有一个消息“狼来了”，通过信源编码转成了一个100bit的数据包，那么信息量就有100bit。然后把这100bit通过通信网络发送给了很多人，很多人都收到了100bit的信息量。可是有些人觉得“狼来了”这个消息很重要，信息量很大；但有些人又觉得无所谓，信息量很少。可是我们知道，这条消息的信息量都是100bit的呀，怎么又不一样了呢？
首先，我们刚刚说过，比特是信息量的单位，但工程上也习惯把它作为信号的单位。这里所说的100bit就是指信号的啦。其次，通信中的基本问题，就是在一点再生另一点的信息，指的是点对点的情况。但即使在点对多点的情况下，由于在实际的通信系统中，消息往往是指发送的某些符号。这些符号到底能携带多少信息量，与这些符号发生的概率有关，而对于任何接收端来说，这些符号发生的概率是一定的，不会说对这个接收机是这个概率，对那个接收机另一个概率。比如有一串符号221234，这串符号由1，2，3，4四个符号组成，假设四个符号出现的概率都是1/4，那么在这串符号中，2出现了3次，所以2所携带的信息量是-3×log2(1/4)=6bit。我们需要明白，通信系统中传送的符号，就相当于我们现在谈论的消息？
三、信息源
墨默觉得每一件事都是一个信息源。它们就是波源一样，一滴水滴落在水面上，水波向四面八方扩散。事件一边进行，光和声音就一边向周边扩散，信息很快传递着，有些事件甚至传至世界每个角落。
四、信息的衍射
事件发生了，周边的人可能用文字或声音将这件事报到网络，也有可能存在监控录像把整个事件都记录了。但无论这个人的概括能力有多强，文字功底有多好，都很难精确地把整个事件反映出来。录像也一样，因为录像只是在一个角度去记录事件，很难全方位记录整个事件。在事件的传播扩散当中，就会出现与波的衍射一样的情况。这个人或这个录像就好象波传播途中通过障碍物一样，它们传出去的信息都是一个新的波，如果要这个新的波完全与事件吻合，那是不可能的，只有最大程度的与事件相接近，努力将事件完整、全面地反映出来，这是每位新闻从业者的努力方向。古代，信息口口相传的年代，信息极度不准确，而且速度很慢。科学进步的今天，在事件形成信息之后，已经能够无损地通过网络传播信息。
五、信息的干涉
信息存在干涉的现象，几种相似的信息夹杂在一起，认人难以分辨。我们进入了爆炸的年代，如何分辨信息的真伪是件让人头脑的事件。
六、信息的能量
以上所述信息的传播方式书信、电报、电话、网络等都需要能量。即使是以人传人的口头传播信息也需要能量。
