波動方程

影響域(range of influence)

把前面的問題反過來。不問哪些起始資料影響某個未來的點,而問:如果我此時此地戳一下弦,誰將會感受到它,又在何時?單一起始點能波及的所有未來地點與時刻的集合,就是它的影響域。

對波動方程而言,時刻 0 在點 x0 的擾動,到時刻 t 只能抵達距 x0 不超過 ct 的地方——它以速度 c 向外行進、不會更快。所以 x0 的影響域是(在 x-t 圖中)由兩條線 x = x0 - ct 與 x = x0 + ct 向上張開所圍成的楔形:前向特徵錐。在無限長弦上某一點撥一下,會把信號以速度 c 往左右送出;遠處在波實際抵達之前什麼都不發生,抵達後才發生。這是依賴域的精確搭檔——那個三角形朝過去尖出,這個楔形朝未來張開。

影響域是從原因那一側看到的有限傳播速度,這正是世界何以是因果且有序的:此處拍一下手,一英里外幾秒內聽不見;打開一盞燈,遠處的房間不會瞬間變亮。熱方程沒有這種禮貌——它的影響域是同時遍及各處(無限速度),所以在理想化模型中,一個房間劃一根火柴,下一瞬間就讓地球上每個房間的溫度(無窮小地)升高了。這是波動(雙曲型)世界與熱(拋物型)世界之間真實而誠實的差異,不是數學上的咬文嚼字。

把石頭丟進平靜的池塘。一圈漣漪以波速向外擴張;一片漂在圈外的葉子在圈抵達它之前完全不動,唯有抵達後才動。葉子只有在波前到達之後才進入石頭的影響域。

一個點擾動只波及一個不斷增大的錐——以速度 c 實現因果。

在三維中,惠更斯原理把這點更銳化:影響集中在半徑 ct 的擴張球面上,而非充滿整個球——球面過去後,一個點回到靜止。在二維中則不然,留下一道綿延的尾波。

又稱
domain of influence影響區間