電磁波是如何發展的？你是想問電磁波理論是如何發展的吧？以為電磁波是物理現象，這個現象怎麼發展？沒有可回答的東西。

而電磁波理論就有可回答的東西了。從研究靜電開始，光學，電學，知道麥克斯韋語言光就是電磁波，後來赫茲用實驗證明了這個預言。過程還是非常曲折和燦爛的。

關於電磁波的相關知識，可以讀讀下文。

第二十八章：輻射和電磁場，電磁波的關係說明

上一章我問了一個問題，就是關於輻射和電磁場的關係問題。這個具體問題是什麼？我們先不點破，先來看看基礎知識的定義。

輻射：物理學上的輻射指的是能量以波或是次原子粒子移動的型態，在真空或介質中傳送。

輻射之能量會從輻射源往外向所有方向直線放射。一般依其能量的高低及電離物質的能力分類為電離輻射和非電離輻射。電離輻射所攜帶的能量大於10電子伏特(eV)，可以將原子或分子電離、打斷化學鍵，非電離輻射則否。

也就是說自然界中的一切物體，只要溫度在絕對溫度零度以上，都以波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式被稱為輻射。

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電場：電場是存在於電荷周圍能傳遞電荷與電荷之間相互作用的物理場。在電荷周圍總有電場存在；同時電場對場中其他電荷發生力的作用。觀察者相對於電荷靜止時所觀察到的場稱為靜電場。如果電荷相對於觀察者運動，則除靜電場外，還有磁場出現。

磁場：在電磁學裡，磁石、磁鐵、電流及含時電場，都會產生磁場。處於磁場中的磁性物質或電流，會因為磁場的作用而感受到磁力，因而顯示出磁場的存在。磁場是一種向量場；磁場在空間裡的任意位置都具有方向和數值大小。

磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質，磁場不是由原子或分子組成的，但磁場是客觀存在的。磁場具有波粒的輻射特性。磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的，所以兩磁體不用接觸就能發生作用。

電磁場：電磁場是由帶電粒子的運動而產生的一種物理場。處於電磁場的帶電粒子會受到電磁場的作用力。電磁場與帶電粒子（電荷或電流）之間的相互作用可以用麥克斯韋方程組和洛倫茲力定律來描述。

電磁場可以被視為電場和磁場的連結。追根究底，電場是由電荷產生的，磁場是由移動的電荷（電流）產生的。對於耦合的電場和磁場，根據法拉第電磁感應定律，電場會隨著含時磁場而改變；又根據麥克斯韋-安培方程，磁場會隨著含時電場而改變。這樣，形成了傳播於空間的電磁波，又稱光波。無線電波或紅外線是較低頻率的電磁波；紫外光或X-射線是較高頻率的電磁波。

電磁場涉及的基本相互作用是電磁相互作用。這是大自然的四個基本作用之一。

從經典角度，電磁場可以被視為一種連續平滑的場，以類波動的方式傳播。從量子力學角度，電磁場是量子化的，是由許多個單獨粒子構成的。

電磁波：電磁輻射，又稱電磁波，是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。

好了，我們介紹了5個概念的基本定義。我們知道了電磁波是由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量。又知道了萬物皆有輻射。且以電磁波和粒子的形式向外輻射能量。那麼萬物都有輻射電磁波的能力嗎？ 都具有磁場或電磁嗎？

可是說萬物都以輻射電磁波和粒子的形式向外傳遞能量，就是不嚴謹的。準確的定義是萬物以波或粒子的形式向外輻射能量。波和電磁波是不同的。一個指一類事物，一個指具體事物。就好水果和蘋果的區別。

就像國內這道題目一樣，開頭就說：“我們周圍的一切物體都向外輻射電磁波？”這樣說正確嗎？就像我上面說的，這個描述不夠嚴謹。一切物體向外輻射波，波的型別包含電磁波。

再問大家一個問題，幫助大家理解：引力波是輻射波嗎？超聲波波是輻射波嗎？

答案不言而喻，肯定是的。引力波是波，是空間能量以引力波的形式向外傳播，所以是輻射波。超聲波也是，地震波也是。

可是我們不會說引力波是電磁波，也不會說地震波是電磁波。所以輻射波包含電磁波。輻射現象包含了電磁輻射，這就是它們的關係。答案並不難。

其實這位朋友內心的真正困惑應該是這樣的，電磁波的形成是有條件的，也就是我們上面所說的同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量。那麼任何物體都具備這樣條件嗎？

也就是一杯水，一個人，一棵樹都是在向外輻射電磁波。這是沒有問題的。可是為什麼呢？ 答案是這樣的。一切物體都具有溫度，且在絕對零度之上。那麼它就要向外有熱輻射。

而熱力學上認為當物質的原子或分子高於絕對零度時候，分子或原子都會做不規則的運動。

原子由原子核和電子組成，電子帶電荷，電子運動使得周圍空間的電場發生不斷的變化，我們知道，變化的電場能產生磁場，變化的磁場又能產生電場，這樣的不斷迴圈就產生電磁波了。

麥氏電磁場理論說簡單點就是變化的電場能產生磁場，變化的磁場產生電場。根據電磁感應定律，磁場恆定無法產生電場，磁場均勻變化產生的是恆定電場，磁場呈二次函式變化產生的是均勻變化的電場，磁場的其他變化產生的就是非均勻變化的電場了，就可以產生電磁波了。

這就是為什麼一切物體都輻射電磁波了。紅外熱成像儀就是利用這個原理工作的，它探測的是熱輻射。

提到熱，再跟大家多說一點，我覺得很重要。有一些“詞”專屬於人類。比如“熱”這個詞就是。熱或冷【溫度】我們是知道是粒子運動激烈程度的度量。 但對於無生命體來說，熱和冷沒有區別，因為沒有感覺。

所以看熱和冷的本質就是物體粒子運動的激烈程度，只是這種狀態的描述我們用“冷或熱”。

還有人會問，那麼一切物體向外輻射能量，比如一個杯子，100年它還好好的，那它為什麼沒有變小或者消失？

這個問題也不難。杯子在向外輻射能量的時候，也吸收熱輻射，所以基本可以持平。但是有的物體，就是會變小，甚至消失。

比如一根火柴，你點燃它，它是變小了，變輕了，化成灰燼了。還有我們每天見的太陽。總有一天，太陽輻射會停止。

再來回答一個問題，有人問：“電磁場中的電磁波指向無窮遠，而不是閉合的迴路。這和磁力線必須閉合矛盾嗎？”

首先這是不矛盾的，為什麼矛盾呢？ 我們可以看看下面的答案。

初中，高中老師都講過‘磁場線一定要閉合’，但從大學物理的角度來看，這句話並不嚴謹。首先，這句“磁場線一定要閉合”的描述，不是科學家定義的公理或者公式證明出來定理，它只是高斯磁定律的一種結果。高斯磁定律(前提是磁單極子不存在)闡明，磁場的散度等於零。

其中，S是任意一個閉曲面，ds是微小面積分。(這個關於磁場的散度積分方程同時是麥克斯韋方程組四個公式之一。)

‘磁場線閉合’只是高斯磁定理的充分而非必要條件。

充分性：如果有一條閉合的磁場線，我們總是能夠找到一個足夠大的閉合曲面將其完全包裹，從而實現磁通量的‘零洩漏’。由於這個曲面是任意的，假如一根磁場線從一邊穿進，再完全從另一邊穿出，同樣也是滿足透過任意閉合曲面的磁通量恆為零這一要求的。

必要性：我們知道，電場是可以有源的，對應的是一個激發它的源電荷。但磁場的散度恆為零，表明磁場線並不能像電場線那樣可以存在一個對應的起點或者終點（如果取的曲面只包裹起點那一小段，將違背‘透過任意閉合曲面的磁通量恆為零’），所以人們才常說磁場線是閉合的。但我們想象一種特殊情況，若是兩個端點都在無窮遠處，這同樣也是滿足高斯磁定理的。而平面電磁波的橫磁場便是這樣的一種特殊情況。

上圖表示的是一種最簡單的理想平面電磁波，無源，真空介質。其中電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，符合右手螺旋法則。圖中箭頭表示的是向量而非場線（也可以說是場線在觀察點處的切線），其箭頭方向表明該點處電場或磁場的方向，箭頭長短描述電場或磁場強度的大小。

其數學表達如下【專業的可以看看。公式我本人也迷茫】,

其中， η為真空中波阻抗，k為波數。電場E只有y分量，磁場H只有z分量，二者同相位。電磁波沿x軸傳播。

如果我們取一與x軸垂直的平面，即等相位面，畫出電場線、磁場線，

我們可以看到電場線、磁場線應為互相垂直的兩組平行線（均勻平面波情況下，該平行線間距相同。）若沿著x軸移動該平面，平行線箭頭方向會改變，但兩組平行線的關係依舊，各從無窮遠延伸至無窮遠。為了驗證高斯磁定理，我們可以取任意的一個閉合曲面，無論怎麼取，透過它的淨磁通量總是為零，因為所有進入的磁感線都全毫無意外地流出來了。電場線，磁場線在無窮遠處各自閉合了。

話說回來，其實平面電磁波只是一種極端理想的情況，只有無限大場源才能輻射均勻平面波。正是因為我們造不出這樣一個無限大的場源，導致所謂的平面電磁波只能永遠看做成一種近似。結果就是，電場線和磁場線其實還是各自在很遠的地方各自閉合，互為交鏈。只不過這個圈圈確實很大而已。就像下圖一樣。

我們都知道，這種磁感線在課堂中老師說延伸至無窮遠，事實上我們也無法去驗證這個實驗。但我們不能說沒有驗證就不可靠。

類似的現實中不能驗證的理論，還有很多。我們依然認為它們是真理。這個我在《變化》寫過不少例子，大家可以去看看。

同樣，透過這個問題，我們還可以想到引力。引力的作用範圍也是無窮遠的，這也是我們課本上學習的。也就是地球的引力所覆蓋的範圍是全宇宙。你作為一個人，所具有的引力覆蓋的範圍也是全宇宙。

這樣想是不是會覺得很有意思。我坐著不動，但其實我和全宇宙的一切物質都有聯絡。我已經到達了全宇宙的任何一個星球之上。

物理就是這樣的有意思。但世界並不是我們像的那麼簡單。它的美妙是多樣的。所以理解世界的方式不要拘泥。我什麼也不懂，我只是在表達我的想法。今天就給大家分享到這裡。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》

空間是由無數個離散的量子構成的，電磁波是激發基態量子，由激態量子形成的。形象地說，就是對空間的擾動產生的空間漣漪。

電磁波的產生機理：根據麥克斯韋方程，變化的電場產生變化的磁場，反之亦然，電場和磁場相互震盪，就形成了電磁波。

在雷達、通訊等領域，產生電磁波都會用到一種震盪訊號源，那就是晶體振盪器，其工作原理可以在百度裡找到。

物理專業的出來說兩句：

電磁波是由相同且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生髮射的震盪粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。由同相振盪且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見麥克斯韋方程組。

電磁波伴隨的電場方向，磁場方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。

這是《電動力學》這本書上講的，下面我說一下我的理解：電磁波其實就是變化的電場產生磁場，變化的磁場又會產生電場，兩者不斷交替產生，不斷向遠處傳播的這麼一個過程，就形成了電磁波。

電磁波是意識波的物理效果。

一切物理能量都是精神能量的物理作用。

精神是能量的源泉。

物質是金屬態氫離子聚合形成的。

磁場裡高速流動的物質轉化為金屬態氫離子。

常溫、常壓下的物質是金屬態氫離子的暫時平衡狀態。

光速是物質轉化為金屬態氫離子的“臨界值”；金屬態氫離子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同時伴生電磁波——能量。

電磁波依靠金屬態氫離子的“磁力矩”產生的共振來傳播，具有波粒二象性。

電子不是物質，因為電子沒有體積與質量。

帶電粒子產生的電場。該電場對其他帶電粒子施加力。正電荷在場的方向上加速，而負電荷在與場的方向相反的方向上加速。移動帶電粒子產生的磁場。該磁場對其他移動電荷施加力。這些電荷上的力總是垂直於它們的速度方向，因此只改變速度的方向，而不是速度。一個加速帶電粒子 產生的電磁（EM）波。電磁波是以光速c在空的空間中傳播的電場和磁場。圍繞平衡位置振盪的帶電粒子是加速帶電粒子。如果其振盪頻率為f，則它產生頻率為f的電磁波。該波的波長λ由λ= c / f給出。電磁波透過空間傳輸能量。該能量可以被傳遞到距離源很遠的帶電粒子。

加速充電會產生不斷變化的電場和磁場。變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場。 感應電場和磁場之間的這種相互作用導致傳播的電磁波。電磁波可以透過自由空間傳播。 假設位於原點附近的電荷q正在加速。因此它產生電磁輻射。在一些位置ř在空間和在一些時間t，由加速的電荷所產生的電磁波的電場由下式給出ë 拉德（[R，T）= - [1 /（4πε 0）] * [Q /（C 2 r"）] * 一個perp（t - r"/ c）。

讓我們分析一下這個表達。電場與電荷q成比例。加速電荷越大，電場越大。它隨著距離r"的倒數而減小，距離r"是加速電荷和觀察場的位置之間的距離。但這不是觀察場時的距離，而是在產生輻射場時在某個較早時間的距離，稱為延遲時間。所有電磁波以光速c = 3 * 10 8 m / s 行進。它們需要時間間隔Δt=Δr/ c來行進距離Δr。電場也與電荷的加速度成比例。加速度越大，場地越大。在上面的表示式 E中弧度（[R，t）是正比於一PERP，加速度的垂直於視線之間的線路元件ř 和電荷的延遲位置。E rad（r，t）的方向垂直於該視線，其大小與垂直於該視線的加速度的分量成比例。

右圖說明了這一點。電場沿加速方向的視線為零，沿垂直於加速度方向的視線最大，並且總是垂直於視線。

的幅度一PERP是*SINθ，因此輻射場的大小是ë 拉德（[R，T）= - [1 /（4πε 0）] * [Q /（C 2 R）] *SINθ*一（t - r / c）。這裡θ是視線與加速度方向之間的角度。

電磁波的磁場垂直於電場，並且具有幅度B rad = E rad / c。對於電磁波，E和B總是彼此垂直並垂直於傳播方向。傳播方向是E × B的方向 。

輻射場E rad減小為1 / r，而靜態庫侖場減小為1 / r 2。靜電場隨著距離的減小比輻射場快得多，因此輻射場將在大距離處占主導地位以加速電荷分佈。此外，輻射場通常透過加速電子產生，而靜電場由所有電荷（正核和負電子）產生並相互抵消。

如果對於沿x方向行進的波， E指向y方向，則B指向z方向。 電磁波是橫波。 波向量k指向傳播方向，其幅度k =2π/λ，其中λ是波的波長。波的頻率f是f =ω/2π，ω是角頻率。任何正弦波的速度都是其波長和頻率的乘積。v =λf。自由空間中任何電磁波的速度是光速 c = 3 * 10 8 m / s。只要λf= c，自由空間中的電磁波可以具有任何波長λ或頻率f。可見光是波長λ在約400nm和750nm之間的任何電磁波。