瀑布声波的 Hanbury Brown 与 Twiss 效应：实验、数值与解析研究

本文通过数值与解析建模，并结合声波与易得的仪器，描述 Hanbury Brown 与 Twiss 效应（HBT）。这一常被认为过于困难而无法纳入学士与硕士标准物理学习的趣味现象，如今甚至可向本科二年级及以上学生介绍。在原始的 Hanbury Brown 与 Twiss 效应中，通过计算源（天狼星）的角尺寸，需确定使两探测器信号互相关下降的两探测器间距。我们发现该原理对瀑布声波同样适用。这颇为引人注目，因为我们所用波类与 HBT 情形完全不同，波频率相差约 $\sim 10^{12}$ 倍，且从观测者位置所见源的波长与角延展均相差约 $\sim 10^{7}$ 倍。原始 HBT 论文基于两探测器记录的\emph{强度}涨落及其信号间相关性。解释该效应的理论起点因此是强度涨落本身，且该理论不易理解，至少对本科物理学生而言如此。我们的起点是通过数值建模在振幅层面（而非强度层面）描述宽带波。宽带波的重要性质可借数值建模轻松揭示与理解，而基于 Morlet 小波的时间分辨频率分析（TFA）被证明是极有用的工具。事实上，我们认为此前物理教育中对宽带波的关注过少，但基础物理课程中数值方法使用的增长开启了新可能。