Хвиля обурення стану середовища (зміна), яке поширюється в даному середовищі, переносячи з собою енергію. Інакше кажучи, просторове чергування максимумів і мінімумів будь просторової величини (температура, щільність, напруженість електричного поля і т. д.), яке змінюється з часом, і є хвиля. Більш вірним визначенням хвилі буде наступним: хвиля – є явище поширення в просторі з плином часу обурення фізичної величини.
Чим відрізняється хвиля від коливання?
Незалежно від природи хвилі здійснення перенесення енергії відбувається без перенесення речовини. Перенесення речовини може статися тільки в ролі побічного ефекту. Процес, в якому мають місце бути тільки “місцеві” перетворення енергії, є принциповою відмінністю хвилі від коливання. Хвилі зазвичай мають здатність віддалятися на порядні відстані щодо місця, в якому вони виникли. В наслідок цього хвилях іноді дають таку назву, як “коливання, що відірвалося від випромінювача”.
Чому не можна вважати коливання маятника хвилею?
Маятником називають тверде тіло, яке під дією прикладених сил здійснює коливання біля нерухомої точки або осі. У фізиці в основному мають поняття маятника, як тіла, що здійснює коливання під дією сили тяжіння, вісь якого не проходить через центр тяжкості даного тіла. Найпростішим маятником є невеликий масивний вантаж з, який підвішений на нитки, що має довжину l. Якщо умовитися, що дана нитка нерастяжима, і проігнорувати розмірами вантажу в порівнянні з довжиною нитки, а так само масою нитки в порівнянні з масою вантажу, то вантаж, підвішений на цю нитку можна розглядати як матеріальну точку, яка знаходиться на незмінній відстані l від точки підвісу О. Даний маятник носить назву математичного маятника. Беручи до уваги перераховані вище умови, можна відповісти на питання, чому коливання математичного маятника можна вважати хвилею? У разі, коли тіло, що коливається, не можна розглянути як матеріальну точку, маятник буде називатися фізичним.
Велика частина хвиль по своїй суті новими фізичними явищами не є, якщо тільки умовною назвою для певного виду колективного руху. Якщо в об’ємі газу з’явилася звукова хвиля, то це зовсім не означає, що в даному обсязі виникли якісь нові фізичні об’єкти. Звуком називають лише особливий скоординований тип переміщення тих самих молекул. По-іншому кажучи, велика частина хвиль-це коливання деякого середовища. За рамками даного середовища хвилі цього типу не існують (наприклад, звук у вакуумі).
Незважаючи на це, існують хвилі, які не є “зибью” будь-якої іншої середовища, а є безпосередньо новими фізичними явищами. Наприклад, електромагнітні хвилі в сучасній фізиці називають коливання будь-якого середовища (мала назву “ефір” в XIX столітті), а самостійне поле, здатне самоподдерживаться, яке має властивість поширюватися у вакуумі. Також відбувається і з хвилями ймовірності матеріальних частинок.
Хвилями називають також і деякі явища, але кожна з цих хвиль має свою індивідуальну специфіку. Приміром, так іноді говорять про хвилі горіння, хвилях щільності реагентів, хвилях хімічних реакцій, хвилях щільності транспортних потоків, температурних хвилях, хвилях ймовірності електрона та інших частинок.
Варто приділити увагу тому, що явища, які виглядають як хвилі, але які не здатні до саморозповсюдження, не є хвилями (наприклад, піщані дюни).