03.08 電磁波的本質是什麼?

淡漠乾坤


電磁波,從目前的物理研究的共識來說,就解釋為交替變化的電場和磁場,攜帶能量以輻射的方式傳播的形式。

電磁波的介質

電磁波與一般機械波的不同在於電磁波的傳遞似乎無需介質——可以在真空中傳播,但其實電磁場就是其傳播介質,或者說能量本身就是介質。因為愛因斯坦的質能方程告訴我們能量就是質量,於是發射一個光子和發射一顆電子從某種意義上來說是類似的。[頭條·小宇堂-未經許可不得轉載]

類光性

電磁波的傳播速度是光速。這不是由電磁波的性質所決定的,而是由我們四維時空的內在結構所決定的。光沿著四維時空的邊界以極限速度運動,這句話的意思是說:光在四維時空(而非三維空間)中的運動軌跡對任何參照點來說都是其未來或過去的時空的極限(或者說邊界),這個性質被稱為“類光”性。你能看到的歷史或你能到達的未來,都以光的軌跡為分界。

上圖:時空光錐中類光、類時、類空區域的解說。

磁場和電場

磁場和電場的耦合關係由麥克斯韋方程組在宏觀上描述,但在量子力學中,電磁場則由光量子來描述,而不再在微觀上區分電場和磁場,這兩種場在微觀上實際上就是一個場——電磁場。而電磁波也就是電磁場中存在的能量現象。

上圖:麥克斯韋方程組

電磁作用與弱作用

在標準模型(目前已經基本得到驗證的各種物質基本粒子之間以數學模型建立起來的關係)當中,電磁作用與弱作用統一成為了電弱作用。也就是說,電磁波與W和Z玻色子具有同源性。電磁波,又可以被視為電弱波。

關於大統一理論的詮釋的猜想

如果最終電弱力、強力和引力能夠統一,那麼電磁波的本質又將改變,這裡對電磁波最終本質我只能作個人的猜想,即,電磁波可能和引力一樣可能是空間某個維度的幾何。我們的世界可能並不侷限於四維,而電荷,色荷(強作用)可能都是額外維度的幾何效應,只有引力作用才是當前時空四維的幾何。


小宇堂


電磁波的來歷,本身就是一個很好玩的故事。

現代宅男,沒有牛頓,你沒有可以宅的房子;沒有麥克斯韋,你手機沒法子充電,也沒辦法打電話叫外賣;沒有愛因斯坦和波爾等人,你連手機都沒得刷。可見,現代生活的真髓,三分之二,都跟這個電磁波有關。

那我們就來回顧一下電磁波。

少年天才麥克斯韋

說電磁波肯定離不開麥克斯韋。麥克斯韋是偉大的科學家,那他如何稱得上偉大呢?

首先,人家長得眉清目秀,我見猶憐啊,不服來辯!

另外,人家還天資聰穎,少年奇才。15歲麥克斯韋就發表論文,16歲進愛丁堡大學,三年完成四年學業,然後愛丁堡大學就盛不下他了,去了劍橋當教授。

至於後來寫出了歷史上最優美的方程:

統一了電和磁,並且把所有的電磁現象都用方程組完美描述,開啟了人類“光明的時代”,可以說是將黑夜從人類世界真正點亮的奠基人了。

電磁理論的應用

由麥克斯韋的電磁理論,可以推得歐姆定律、基爾霍夫定律、電磁波的存在、電磁作用力。

現代電子技術如通訊、廣播、導航、雷達、遙感、測控,都離不開電磁場的發射,控制、傳播和接收;工業自動化、地質勘測,電力、交通等工業農業,幾乎全都涉及到電磁場理論的應用。

可以這麼認為,直到今天,電磁學仍會是新興科學的基礎。

電磁波的本質

如果用標準粒子模型解釋,我們得到這樣的結果:

標準模型包含費米子及玻色子,費米子是組成物質的粒子,玻色子負責傳遞各種作用力。

參與弱作用、電磁作用的:12種輕子;傳遞電磁作用:1種光子;看不懂?那當然,公式推導我就不多說了,量子力學為基礎的解釋幾乎都是數學上的推導過程。

我們還是用回經典的電磁場理論來描述吧:

根據麥克斯韋的理論,磁場和電場能夠相互轉化,隨時間變化電場產生磁場,而隨時間變化的磁場又能產生電場,兩者交替產生,我們稱為電磁振盪;在高頻率的電振盪中,磁電互相轉化速度極快,能量不能全部反回,於是能量以波的形式向空間傳播出去,這就是電磁波的本質。

結語

請同學們記住,光於是一種電磁波。


貓先生內涵科普






沒地方說理了還


本質就是能量的波動。

根據量子力學的研究進展,有人提出,不僅電磁波,宇宙所有的物質都是能量的波動,包括桌椅、石頭、鬼魂,只是頻率不一樣而已。本人甚以為然。

在一定頻率範圍,表現為可見,和不可見。比如光和聲音。光有可見光,和不可見光。不可見光如紅外線。聲音有可以聽見的聲音,和不可聽見的聲音,如超聲波。

木頭、石頭,也都是一種能量波動,他們的頻率在可感知範圍,所以你能感知。暗物質,是一種暗能量,波動頻率不在人類感知範圍內,所以你看不見,摸不到。

甚至可以認為靈魂是存在的,他也是一種能量存在形式,只是波動頻率超出人類感知範圍。世界上有人聲稱看見過鬼,但大家不能證明其真實性。如果是真的,那麼可以認為能看見的人,他的感知頻率和鬼魂的波動頻率一致,就像調頻收音機,頻率和電波一致,就可以接收到電波信號。

宇宙中,信息一旦產生,應是不滅的。就像哈勃望遠鏡看到的幾億光年外的星體的樣子。這個樣子不是現在的樣子,而是幾億年前的樣子,光這個波動能量攜帶著星球的信息在宇宙中傳播了幾億年才被哈勃望遠鏡捕獲。星球的某個瞬間的信息一旦產生,就在宇宙中一直存在並傳播。如果你能接收到,就可以看到。

冥想,是當今流行的一種修煉形式,比如瑜伽時通常會進行冥想。冥想者進入冥想狀態後,大腦會產生α波,並能獲得很多靈感,還可以看到很多神奇的影像。這種現象也許就是上面講的,大腦頻率和宇宙中某種信息的頻率一致了,於是可以接收到在宇宙中不斷傳播的不滅信息。

人類認知能力有限,宇宙中很多現象還無法理解和解釋。

以上是新奇界J的個人解答。


IT與隱私安全


電磁波在我們學習的課本中,是電場和磁場相互運動後,在空間向外傳播時,形成的一種像水波紋一樣的電波。

由於這種波的傳遞必須是電場和磁場的相互作用下,才能產生,所以也就電磁波。

這也是主流科學界的說法,是經過證實並實際中運用的。

但是,在科學的發展和深入研究來看。

電磁波應該是,由於磁場或是電場的運動,打破了內部以及外部相鄰粒子內部的電荷的平衡,使粒子帶電後,進而延伸到下一個粒子產生電荷。

這樣,無限延伸在某個方向上,就會產生了電場波。

按照正常的教學說法,也就是電場和磁場的運動使粒子產生電荷帶電,就是電離現象。

由此可見,電磁波的本質就是無限的電離現象。


老_啊_陳


雖然,在通常的情況下,我們感覺不到空氣的存在。然而,當烈日炎炎的夏天,我們扇動扇子時,就會感到一股清風💨撲面而來。

此外,當軍隊發起進攻時,司號員會吹響衝鋒的號角📣,其聲音也會響徹雲霄。

上述兩個例子,都是因為對空氣中氣體分子的震動,使氣體分子獲得了能量。我們感受到的風和聽到的聲音🔊,都是氣體分子能量傳播的結果。其本質,是氣體分子的動能。

同樣的,在我們的宇宙中,也存在著類似空氣的物理背景,即所謂真空不空。因為,所有的微觀粒子都具有波動性。而且,物體的運動也會受到外部環境的限制🚫,其速度不能超過光速。此外,兩物體之間的遠程力即引力和電力,也意味著物理背景的存在。

此外,由於普朗克常數h的普遍存在,說明宇宙中的物理背景——物理空間,與空氣一樣,也是由離散的量子構成的。所謂量子,就是不可再分性的粒子,是宇宙中最為基本且最小的粒子,是搭建我們宇宙的基石。

又由於引力波和電磁波的速度等於光速,說明上述三種波的本質是相同的,類似聲速,都是空間量子能量的傳播。

當然,對於空間量子的震動,靠扇扇子和聲帶的震動📳是無法做到的。因為量子太過細小且頻率很高,只能由基本粒子的震盪來予以實現。

最為常見的,就是光電效應。通過電流,使電子獲得能量,使電子的狀態由基態上升到激發態。由於激發態是不穩定的,處於激發態的電子又會通過激發空間量子,將其獲得的電能傳遞給量子空間,其自身又重新躍遷回基態。

於是,受到激發的量子,因獲得能量,由原來無規運動的基態量子成為有向運動的激發量子,這就是我們熟知的光子。

當然,光子是非常細小的,單個光子我們是感應不到的。實際上,我們感受到的光是光子的群體——光束。類比水的波動,光束又被形象地稱之為光波。

根據經典電磁學中的麥克斯韋爾方程,電磁波的速度就是光速。說明光波與電磁波,在本質上是相同的,它們都是空間量子的震動所形成的能量傳播。

兩者的區別在於,使空間量子產生震動的原因不同,因而它們獲得的震動能量不同,它們所具有的頻率是不一樣的。

光波的頻率高於電磁波,而我們的眼👀細胞只對可見光的頻率有感應。於是,頻率低於可見光的波為電磁波,頻率高於可見光的波為x射線,都是人眼感應不到的,因而表現為不同的波。

總之,電磁波的本質是空間量子的震動,電磁波的傳播是空間量子震動能量的傳遞,而導致空間量子震動的原因,是因為電子的震盪。從宏觀上來說,就是電磁場的交互震盪。


淡漠乾坤


對電磁波的認識,許多人的認識是有偏差的。電磁波的定義,實際從狹義的電磁波已擴充到廣義電磁波。

狹義的電磁波指電磁振盪波,就是無線電波一種。這是LC振盪電路產生高頻振盪電流,再通過天線輻射出去。無線電波是一種簡單的經典波,有很強的穿透性。由於並沒有光子概念,不具波粒二象性。光並不是狹義的電磁波(無線電波)。

廣義的電磁波,指光及光族波,包括:微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。這是複雜的量子概率波,具有波粒二象性。是一種能量光子。所以,光只是廣義的電磁波,並不是狹義的電磁波。

所以,電磁波由電磁振盪波、廣義電磁波兩種組成,兩者本質不同。許多人混為一談,據此就能知道你是否專業。




重慶葉宏


電磁波,先定義一下,基本粒子的螺旋運動達到光速時的運動狀態統稱電磁波。基本粒子是現實宇宙裡不可分割的最小粒子。電磁波的大小就是基本粒子的螺旋運動直徑,螺旋運動直徑可以達到幾米幾十米,螺旋運動的直徑大於780納米稱為紅外線,小於380納米稱為紫外線,基本粒子的螺旋運動直徑不能小於基本粒子本身,當基本粒子的螺旋運動直徑接近基本粒子的直徑時,穿透力極強,稱之為上帝粒子。

當電磁波基本粒子的螺旋運動直徑在380~780納米之間時,稱之為可見光,視覺的產生是因為視網膜上的錐狀體細胞和柱狀體細胞的粗細直徑在380納米~780納米之間,每個人有微小的差別,錐狀體被基本粒子的運動直徑鑲嵌而感覺顏色,柱狀體感覺黑白。

一句話,電磁波是粒子,波動是運動假象。


他鄉雲難掩故鄉月


電磁波的本質是電場和磁場的交變激發,和空間傳播。場是一種特殊的特質,是物質連續態。場原來是一個數學名詞,意為以空間座標為變量的函數,物理學上用場的概念來表達力的空間作用,自己理解一下。

廢話不多說,在電磁波譜中,隨著頻率的逐漸增大,依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、Y射線,其他我就不多講了,只能介紹在這裡。

@淡漠乾坤的問題,‘電磁場的本質是什麼’

在統一“場”理論完成之前,好像是沒有人知道答案的。強相互作用,弱相互作用,電磁、引力相互作用,好像只有這些問題的解決,我們人類才興許,向這些場的本質瞭解更進一步吧。


再見未來塔


1.宇宙空間存在著高壓

一切物理現象都是由物質結構決定的。所謂光速、光速不可超越、超越光速產生物質、物質能量轉換、時間變慢、空間彎曲都是物理現象。知道了物質結構,就知道了物理現象。

物質世界,僅由一種物質,就是希格斯液體構成。希格斯液體就像大海里的水充滿海洋一樣,充滿了整個宇宙空間。 基本粒子,就是希格斯液體中的一堆泡沫,可以破裂,也可以再產生,破裂釋放能量,產生吸收能量。物質的類別,只是泡沫結構的不同。就像一堆磚頭一樣,可以建造成任意結構的房子,房子有牆,有門、有窗戶。門和窗戶其實就是牆上的空洞結構,可以有千萬種形狀。我們不能只研究牆上的空洞,不研究牆。

物質結構中最重要的一種東西,就是宇宙空間。宇宙空間本身是一種物質。是它造成了萬有引力和核強力,我們必須承認它,研究它。

愛因斯坦說過:“物質就是能量,能量就是物質”。物質和能量可以互相轉換。

那麼,能量的是什麼? 能量的本質其實就是一種推力、作用力。工作狀態下的推力是動能。物質結構改變、破壞才能產生的作用力是勢能。 電磁波就是動能形態能量,物質就是勢能形態能量。直觀地說,光就是動能形態的能量,基本粒子就是勢能形態能量。基本粒子可以轉化為光。光可以轉化為基本粒子。就像大氣中的水分子和雲來回轉換一樣。

E=mc^2,表明了一切物質都可以轉換為能量。現已經發現的基本粒子有62種,根據愛因斯坦的公式,理論上說,這62種基本粒子最終都可以轉換為同一種東西,就是能量;而且轉換為能量時,62種基本粒子質量多少、轉換多少,都是同量的,不存在誰多誰少的問題。同樣,由能量這一種東西就可以生成62種基本粒子,可以這樣說,62種基本粒子具有同質性,就是最終由同一種東西構成。只是大小、結構不同罷了。

基本粒子之間,來回、互相轉換,一會釋放電磁波,一會吸收電磁波這些現象。恰好說明了這一點。任何物體的速度都不能超過光速30萬公里/秒,也說明所有物體都是由同一種東西構成。

敲擊鋼軌,就會產生鐵原子的振動,這種振動就會以5200米/秒的速度傳遞。這種振動就是聲波。聲波通過空氣分子的傳播速度是340米/秒,這個速度是空氣決定的;通過水的傳播的速度是1500米/秒,這個速度是液體水決定的。

火車的路徑受軌道限定。所有電磁波的傳播速度都是30萬公里/秒,是什麼東西限定了它的速度?任何物體的速度都不能超過光速,又是為什麼?超過了會發生什麼現象?

物質世界,不存在虛無縹緲的東西,一切都是實的,一切都是需要具體解釋的。

電磁波是一種振動,必須要有介質傳遞。基本粒子的加速運動,必須要有直接作用的推力。這個力可能是波,可能是其他粒子的運動傳遞,也可能是直接作用的壓強差。萬有引力,必須要有直接作用於物體的推力。如果兩個物體之間什麼都沒有,憑什麼產生牽拉力?只是我們沒有發現。

電磁波實際是一種對空間的“敲擊”,像敲擊鋼軌一樣,需要有一種小物體當介質,一個推一個,傳遞過去,這是必須的。所以,宇宙空間,應該充滿一種介質。這種介質,有點類似於液體,我們可以叫它為“希格斯液體”。電磁波實際就是對希格斯液體的“敲擊”,產生的推力的傳遞,像多米諾骨牌效應。

根據E=mc^2,所有的基本粒子的構成都是同一種東西,這種東西可以完全“消失”,轉換為能量,也可以由能量產生。由此推論,基本粒子的結構,是一種類似泡沫的結構。有點像抽真空的電燈泡,或者是像肥皂泡。可以湮滅,可以產生。

宇宙物質世界的基本結構是:“希格斯液體+泡沫(基本粒子)+電磁波+內部強大的壓強”。泡沫(基本粒子)和電磁波可以互相轉換。

泡沫破裂為什麼會產生巨大能量呢,是因為宇宙希格斯液體內存在著極其強大的壓強。

這個壓強可以計算:宇宙希格斯液體壓強= (E=mc^2)÷對應的物體(泡沫)實際體積。以質子質量和大概體積粗略計算,可以達到1 ×10^(31)個大氣壓強。極其巨大。

可以這樣想象,在10000米海水深處,壓強是1000個大氣壓,想要推開海水,形成1立方米空間,就需要約1×10^(8)焦耳的能量。同樣,這1立方米空間被填充,就會釋放出約1×10^(8)焦耳的能量,物質和能量的轉換也是這樣的原理。

既然泡沫(基本粒子)可以轉換為能量,那麼,能量也可以轉換為泡沫(基本粒子)。如果我們把極為巨大的能量的電磁波聚焦到希格斯液體裡一個很小的點上,這個能量大到一定程度,那麼這個點上就會產生泡沫(基本粒子)。現代科學實驗已經證明,能量可以轉換為物質,γ射線就可以轉換為電子。可以這樣說,電磁波是動能,構成物質的基本粒子 (泡沫結構)是勢能,動能勢能可以互相轉換。單位體積內的動能超過臨界值,就會推開希格斯液體產生燈泡狀或泡沫狀的結構,能量“結晶”,轉化為勢能。具體形態就是基本粒子


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