傅立葉變換是將複雜的函數,簡化為無數個簡單的正弦函數或餘弦函數的相加。正弦函數或餘弦函數的圖像,是一個很規則的波,在物理里叫諧波,而相加在物理里叫疊加,所以傅立葉變換的物理含義是:任何一個複雜的物理過程都可以用無窮個諧波疊加來表達,只要這個物理過程可以做傅立葉變換,即可積分和可求導。可求導比可積分的要求更高。物理過程只要是連續進行的就可積分,但可求導的要求更嚴:過程不能突變,如跳躍和折角。“紐約大被窩”童鞋說的方波,就因為有折角突變,才發生了吉布斯過沖問題。
在彩虹現象里,雲層感受到一串電磁波(太陽光)從它那裡通過,獲得一個函數:y=f(t),t是陽光通過雲層的時間,y是陽光電磁波的電磁強度,f是一個複雜的時域函數,可以用無窮個諧波疊加來表達。做傅立葉變換,是要找出無窮個諧波是什麼樣的,即每個頻率的諧波的幅值是多大,所以傅立葉變換也叫諧波分解,在光學裡叫單色分光。找到後得到另一個函數z=s(f),f是諧波頻率,z是諧波幅值的平方。s這個函數稱為譜函數,光學裡叫光譜。它的自變量是頻率,是頻域函數。
譜函數能不能看見?函數是數學裡抽象的東西,無法直接看到,但可以間接看到,即可視化。中學數學教了三種可視化方法:公式法(用一個公式表達函數),列表法(用一個表列出自變量和因變量的數值),圖形法(這方法很多。常用的是畫圖像,用不同的柱高,用不同的顏色表達函數)。彩虹完成了陽光的單色分光,用數學語言說就是彩虹做了傅立葉變換。彩虹還把做完變換後得到的光譜函數,用圖形法(彩虹上的顏色)表達,讓所以人都看到了。不過,物理大V老明,看了也白看,根本理解不了彩虹童鞋的一片用心。