什么是共振？我們可以利用共振原理做些什么？

熱心網(wǎng)友：共振（resonance）共振是指一個(gè)物理系統(tǒng)在其自然的振動(dòng)頻率（所謂的共振頻率）下趨于從周?chē)h(huán)境吸收更多能量的趨勢(shì)。自然中有許多地方有共振的現(xiàn)象。人類也在其技術(shù)中利用或者試圖避免共振現(xiàn)象。一些共振的例子比如有：樂(lè)器的音響共振、太陽(yáng)系一些類木行星的衛(wèi)星之間的軌道共振、動(dòng)物耳中 基底膜的共振，電路的共振等等。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)（不管是力學(xué)的、聲響的還是電子的）有多個(gè)共振頻率，在這些頻率上振動(dòng)比較容易，在其它頻率上振動(dòng)比較困難。假如引起振動(dòng)的頻率比較復(fù)雜的話（比如是一個(gè)沖擊或者是一個(gè)寬頻振動(dòng)）一個(gè)系統(tǒng)一般會(huì)“挑出”其共振頻率隨此頻率振動(dòng)，事實(shí)上一個(gè)系統(tǒng)會(huì)將其它頻率過(guò)濾掉。共振是物理學(xué)上的一個(gè)運(yùn)用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。共振的定義是兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體，當(dāng)一個(gè)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，引起另一個(gè)物體振動(dòng)的現(xiàn)象。共振在聲學(xué)中亦稱“共鳴”，它指的是物體因共振而發(fā)聲的現(xiàn)象，如兩個(gè)頻率相同的音叉靠近，其中一個(gè)振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，另一個(gè)也會(huì)發(fā)聲。在電學(xué)中，振蕩電路的共振現(xiàn)象稱為“諧振”。產(chǎn)生共振的重要條件之一，就是要有彈性，而且一件物體受外來(lái)的頻率作用時(shí)，它的頻率要與后者的頻率相同或基本相近。從總體上來(lái)看，這宇宙的大多數(shù)物質(zhì)是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個(gè)或多個(gè)固有頻率來(lái)振動(dòng)。共振不僅在物理學(xué)上運(yùn)用頻率非常高，而且，共振現(xiàn)象也可以說(shuō)是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現(xiàn)象之一，所以在某種程度上甚至可以這么說(shuō)，是共振產(chǎn)生了宇宙和世間萬(wàn)物，沒(méi)有共振就沒(méi)有世界。我們都知道，宇宙是在一次劇烈的大爆炸后產(chǎn)生的。而促使這次大爆炸產(chǎn)生的根本原因之一，便是共振。當(dāng)宇宙還處于渾沌的奇點(diǎn)時(shí)，里面就開(kāi)始產(chǎn)生了振蕩。最初的時(shí)候，這種蕩振是非常微弱的。漸漸地，振蕩的頻率越來(lái)越高、越來(lái)越強(qiáng)，并引起了共振。最后，在共振和膨脹的共同作用下，導(dǎo)致了一陣驚天動(dòng)地的轟然巨響，宇宙在瞬間急劇膨脹、擴(kuò)張，然后，就產(chǎn)生了日月星辰，于是，在地球上便有了日月經(jīng)天、江河行地，也有了植物蓬勃葳蕤、動(dòng)物飛翔騰躍。共振不僅創(chuàng)造出了宏觀的宇宙，而且，微觀物質(zhì)世界的產(chǎn)生，也與共振有著密不可分的干系。從電磁波譜看，微觀世界中的原子核、電子、光子等物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能量都是以波動(dòng)的形式傳遞的。宇宙誕生初期的化學(xué)元素，也可以說(shuō)是通過(guò)共振合成和產(chǎn)生的。有一些粒子微小到簡(jiǎn)直無(wú)法想象，但它們可以在共振的作用之下，在100萬(wàn)億分之一秒的瞬間，互相結(jié)合起來(lái)，于是新的化學(xué)元素便產(chǎn)生了。因?yàn)橛钪嬷羞@些粒子的生成與共振有著如此密切的關(guān)系，所以粒子物理學(xué)家經(jīng)常把粒子稱為“共振體”。既然共振是宇宙間一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種普遍規(guī)律，人及其它的生物也是宇宙間的物質(zhì)，當(dāng)然共振也是普遍存在于這些生命中了。人除了呼吸、心跳、血液循環(huán)等都有其固有頻率外，人的大腦進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的腦電波也會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。類似的共振現(xiàn)象在其它動(dòng)物身上也同樣普遍地存在著。我們喉嚨間發(fā)出的每個(gè)顫動(dòng)，都是因?yàn)榕c空氣產(chǎn)生了共振，才形成了一個(gè)個(gè)音節(jié)，構(gòu)成一句句語(yǔ)言，才能使我們能夠用這些語(yǔ)言來(lái)表達(dá)我們的情感和進(jìn)行社會(huì)交往。許多動(dòng)物身上還存在著其它一些形式的共振現(xiàn)象。炎熱的午間，蟬兒發(fā)出的“知了、知了”聲；寧?kù)o的夜晚，蟋蟀發(fā)出的“嘰—嘶”聲；還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，盡管這些昆蟲(chóng)的聲調(diào)大不相同，但其中的共同之處都是借助了共振的原理，都是靠摩擦身體的某一部位與空氣產(chǎn)生共鳴而發(fā)聲。除了昆蟲(chóng)之外，鳥(niǎo)類也是巧妙地運(yùn)用著共振來(lái)演奏生命之曲的大師，它們運(yùn)用共振所發(fā)出的圓潤(rùn)婉轉(zhuǎn)的鳴叫聲，是自然界生命大合唱中最為優(yōu)美的聲部和旋律。因此，可以這么說(shuō)，如果沒(méi)有共振，世界將會(huì)失去多少天籟、大地將會(huì)變得多么死寂！其實(shí)更為重要的是，共振能充當(dāng)?shù)厍蛏锏谋Ｗo(hù)神。我們知道，紫外線是太陽(yáng)發(fā)出的一種射線，它們?nèi)绻笈e入侵地球，人類及各種生物勢(shì)必遭受極大的危害，因?yàn)檫^(guò)量的紫外線會(huì)使生物的機(jī)能遭到嚴(yán)重的破壞。不過(guò)不用擔(dān)心，我們有大氣層中的臭氧層，是它們借助于共振的威力，阻止了紫外線的長(zhǎng)驅(qū)直入。當(dāng)紫外線經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，臭氧層的振動(dòng)頻率恰恰能與紫外線產(chǎn)生共振，因而就使這種振動(dòng)吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣，保證我們不至于被射線的傷害。另外，共振還能使地球維持在適當(dāng)?shù)臏囟?，給地球生命創(chuàng)造出一個(gè)冷熱適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。因?yàn)殡m然經(jīng)過(guò)臭氧層的堵截圍追，但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線，到達(dá)地球表面。這部分紫外線經(jīng)過(guò)地球吸收后，能量減少，變?yōu)榧t外線，擴(kuò)散回大氣中。而紅外線的熱量，又恰好能和二氧化碳產(chǎn)生共振，然后被“挽留”在大氣層中，使大氣層保有一定溫度，讓萬(wàn)物在溫暖和煦的環(huán)境中孕育成長(zhǎng)。俗話說(shuō)萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，其實(shí)也可以這么說(shuō)：萬(wàn)物生長(zhǎng)靠共振。因?yàn)槲覀兯熘闹参锏墓夂献饔?，亦是葉綠素與某些可見(jiàn)光共振，才能吸收陽(yáng)光，產(chǎn)生氧氣與養(yǎng)分。所以沒(méi)有共振，植物便不能生長(zhǎng)，人類和許多動(dòng)物也就因此會(huì)失去了食物的來(lái)源。也就是說(shuō)，沒(méi)有共振，地球上的生命便不能長(zhǎng)期存在。共振還是一個(gè)善于使用色彩和色調(diào)的魔幻繪畫(huà)師，把我們所看到的每一件物體都神奇地染上了顏色，使我們這個(gè)世界變得五彩斑斕、艷麗繽紛。鈉光是黃的，因?yàn)殁c原子的振動(dòng)產(chǎn)生所產(chǎn)生的是黃色的光。水銀原子的振動(dòng)發(fā)出藍(lán)光。氖原子送出的振動(dòng)到了你眼中，就成為了紅色。在地面，共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顏色，從花卉到水果。紅蘋(píng)果把太陽(yáng)光中我們稱為藍(lán)光和綠光的振動(dòng)頻率吸收了，因此我們看到的它就是紅艷艷的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動(dòng)頻率在太陽(yáng)的紅光及藍(lán)光范圍，所以共振把這兩種顏色都“貪污”了，而只把綠的顏色反射入我們的眼里，因此樹(shù)葉看上去便是生機(jī)盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子，到了秋天的時(shí)候，它被共振所“貪污”的卻是綠光，因而這時(shí)反射出的是或黃或紅的色彩，映襯出秋天的蒼涼和凄美。就是那種很虛幻的彩虹也是因?yàn)橛辛斯舱?，才有了赤橙黃綠青藍(lán)紫。因此，我們的生活中有著如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斕爛漫，也無(wú)不是拜共振之所賜。

熱心網(wǎng)友：核磁共振的原理核磁共振現(xiàn)象來(lái)源于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場(chǎng)作用下的進(jìn)動(dòng)。 根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同類型的原子核自旋量子數(shù)也不同： 質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0 質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù) 質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù) 迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號(hào)才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有： 1h、11b、13c、17o、19f、31p 由于原子核攜帶電荷，當(dāng)原子核自旋時(shí)，會(huì)由自旋產(chǎn)生一個(gè)磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動(dòng)量成正比。將原子核置于外加磁場(chǎng)中，若原子核磁矩與外加磁場(chǎng)方向不同，則原子核磁矩會(huì)繞外磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)軸的擺動(dòng)，稱為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)具有能量也具有一定的頻率。 原子核進(jìn)動(dòng)的頻率由外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說(shuō)，對(duì)于某一特定原子，在一定強(qiáng)度的的外加磁場(chǎng)中，其原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率是固定不變的。 原子核發(fā)生進(jìn)動(dòng)的能量與磁場(chǎng)、原子核磁矩、以及磁矩與磁場(chǎng)的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核磁矩與外加磁場(chǎng)之間的夾角并不是連續(xù)分布的，而是由原子核的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級(jí)。當(dāng)原子核在外加磁場(chǎng)中接受其他來(lái)源的能量輸入后，就會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場(chǎng)的夾角會(huì)發(fā)生變化。這種能級(jí)躍遷是獲取核磁共振信號(hào)的基礎(chǔ)。 為了讓原子核自旋的進(jìn)動(dòng)發(fā)生能級(jí)躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過(guò)外加射頻場(chǎng)來(lái)提供的。根據(jù)物理學(xué)原理當(dāng)外加射頻場(chǎng)的頻率與原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率相同的時(shí)候，射頻場(chǎng)的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級(jí)躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場(chǎng)中，只吸收某一特定頻率射頻場(chǎng)提供的能量，這樣就形成了一個(gè)核磁共振信號(hào).