傅立叶变换是将复杂的函数,简化为无数个简单的正弦函数或余弦函数的相加。正弦函数或余弦函数的图像,是一个很规则的波,在物理里叫谐波,而相加在物理里叫叠加,所以傅立叶变换的物理含义是:任何一个复杂的物理过程都可以用无穷个谐波叠加来表达,只要这个物理过程可以做傅立叶变换,即可积分和可求导。可求导比可积分的要求更高。物理过程只要是连续进行的就可积分,但可求导的要求更严:过程不能突变,如跳跃和折角。“纽约大被窝”童鞋说的方波,就因为有折角突变,才发生了吉布斯过冲问题。
在彩虹现象里,云层感受到一串电磁波(太阳光)从它那里通过,获得一个函数:y=f(t),t是阳光通过云层的时间,y是阳光电磁波的电磁强度,f是一个复杂的时域函数,可以用无穷个谐波叠加来表达。做傅立叶变换,是要找出无穷个谐波是什么样的,即每个频率的谐波的幅值是多大,所以傅立叶变换也叫谐波分解,在光学里叫单色分光。找到后得到另一个函数z=s(f),f是谐波频率,z是谐波幅值的平方。s这个函数称为谱函数,光学里叫光谱。它的自变量是频率,是频域函数。
谱函数能不能看见?函数是数学里抽象的东西,无法直接看到,但可以间接看到,即可视化。中学数学教了三种可视化方法:公式法(用一个公式表达函数),列表法(用一个表列出自变量和因变量的数值),图形法(这方法很多。常用的是画图像,用不同的柱高,用不同的颜色表达函数)。彩虹完成了阳光的单色分光,用数学语言说就是彩虹做了傅立叶变换。彩虹还把做完变换后得到的光谱函数,用图形法(彩虹上的颜色)表达,让所以人都看到了。不过,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。