光波與電磁波

1、“光波”和“電磁波”這二者真的是一概完全相同、沒(méi)有任何物質(zhì)屬性上的區(qū)分的物理波 嗎？除了頻率不同之外。事實(shí)上，“光波”和“電磁波”這二者的物質(zhì)屬性相差很大。麥克斯韋 “一切光波都是電磁波”的假設(shè)，在真實(shí)的物理世界中并非完全如此，盡管有著名的赫茲的電磁 波實(shí)驗(yàn)作為該假設(shè)成立的一個(gè)重要的物理證據(jù)。自19世紀(jì)長(zhǎng)期以來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)的中學(xué)和大學(xué)的物理 教科書(shū)，都自以為是地有意混淆了 “光波”和“電磁波”之間顯而易見(jiàn)的物理差別。電荷作空間長(zhǎng)度變化的加速運(yùn)動(dòng)，或者電荷作半徑變化的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，或者電荷作半徑不 變的勻加速圓周運(yùn)動(dòng)，都將對(duì)外輻射電磁波?？墒?，要想使得電荷發(fā)生這類(lèi)加速運(yùn)動(dòng)，必須是在 導(dǎo)電固體，或者電解

2、液，或者導(dǎo)電氣體所構(gòu)成的閉合電路中。通常，只有在導(dǎo)體和半導(dǎo)體中，才 能允許電荷作這類(lèi)加速運(yùn)動(dòng)。于是，我們特別地將，電磁波”嚴(yán)格界定為：所有用加速電荷，或者 加速電偶極子產(chǎn)生出來(lái)的波，以及只能在導(dǎo)體和半導(dǎo)體中傳播的波的統(tǒng)一稱謂。對(duì)于絕緣固體，絕緣液體，絕緣氣體而言，電荷被束縛在原地靜止不動(dòng)，無(wú)任何電荷可作上 述那類(lèi)加速運(yùn)動(dòng)。而實(shí)驗(yàn)表明，任何靜止電荷都不會(huì)對(duì)外輻射電磁波。不過(guò)，費(fèi)曼認(rèn)為它們對(duì)外 可以輻射實(shí)驗(yàn)上永遠(yuǎn)測(cè)量不到的“虛光波”。我們特別地嚴(yán)格規(guī)定：只有那些可以在絕緣體中傳播 的波，才是“光波”。由于任何分子都是一種電偶極子，故而分子熱運(yùn)動(dòng)都是一種電偶極子的加速運(yùn)動(dòng)。于是，基 爾霍夫定律表明，

3、不論是導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體，只要它們的絕對(duì)溫度高絕對(duì)于零度，都將對(duì)外 輻射或者吸收相同波長(zhǎng)的電磁波，即所謂的“熱輻射”或“熱吸收”。只有處于絕對(duì)零度的任何物體， 既不對(duì)外輻射任何波長(zhǎng)的電磁波，也不吸收任何波長(zhǎng)的電磁波。我們將這種物質(zhì)稱作為絕對(duì)暗物 質(zhì)，或者絕對(duì)冰凍體，或者絕對(duì)的絕緣體。宇宙中，這種絕對(duì)暗物質(zhì)即使大量地存在，我們也 難以觀測(cè)證實(shí)它們的存在性。目前我們?nèi)祟?lèi)認(rèn)識(shí)遙遠(yuǎn)的星體和星系，以及它們的化學(xué)組成，或者 粒子組成，都是借助它們對(duì)外輻射的電磁波的頻譜。由于這類(lèi)絕對(duì)暗物質(zhì)既不對(duì)外輻射任何波長(zhǎng) 的電磁波，也不吸收任何波長(zhǎng)的電磁波，使得我們暫時(shí)還沒(méi)有可靠、可信的技術(shù)手段去證實(shí)這種 絕對(duì)暗物質(zhì)

4、的存在。任何已知常見(jiàn)的物體和粒子，只要它們的絕對(duì)溫度等于零度，就全是暗物質(zhì)。在常溫常壓下，傳遞“光波”和傳遞“電磁波”的物理介質(zhì)很不相同:傳遞“光波”的都是絕緣介質(zhì)：真空、空氣、玻璃、光導(dǎo)纖維，琥珀，鉆石，水，酒精，汽 油，柴油，透明的或半透明的玉石，冰洲石，磷灰石，石膏，云母，聚氯乙烯樹(shù)脂，聚氯乙烯塑 料等各種絕緣材料。傳遞“電磁波”的都是導(dǎo)體或半導(dǎo)體介質(zhì)：金、銀、銅，鐵，鋁，碳，硅，鍺等各種金屬和 半導(dǎo)體材料。尤其格外明顯的物理事實(shí)是：任何可以傳遞“光波”的絕緣介質(zhì)一律都無(wú)法傳遞“電磁波”;而那些可以傳遞“電磁波”的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，幾乎絕大部分均無(wú)法傳遞“光波”。在接近絕對(duì)零度的極低溫下，由

5、于一些原來(lái)在常溫常壓下傳遞“光波”的絕緣介質(zhì)（比如， 聚氯乙烯塑料，一些透明或半透明的金屬陶瓷等等）變成了宏觀量子態(tài)的超導(dǎo)體，除了可以繼續(xù) 傳遞“光波”以外，也能傳遞“電磁波”。因此，對(duì)于超導(dǎo)材料而言，由于都能傳遞“光波”和 “電磁波”，這時(shí)，我們才可以近似地認(rèn)為，“光波”和“電磁波”的某些物理性質(zhì)趨近相同。綜合上述，我們可以清楚地看出“光波”和“電磁波”并非是物理屬性完全相同的、同一種 類(lèi)的物理波，決不可相信教科書(shū)上這種由來(lái)已久的錯(cuò)誤說(shuō)法。正是由于“光波”和“電磁波”在 物理屬性上的巨大差別，才使得研究傳遞“光波”的“電介質(zhì)物理學(xué)”和研究“電磁波”的“電 動(dòng)力學(xué)”是兩個(gè)相互獨(dú)立的、物理性質(zhì)極其不相同的重要學(xué)科。光波和電磁波雖然不相同，但是，光波信號(hào)和電磁波信號(hào)，卻能進(jìn)行所謂的“光波訊號(hào)-電 磁波訊號(hào)”的相互轉(zhuǎn)換。在發(fā)射端可以通過(guò)使高頻載波隨信號(hào)幅度的變化而改變