物理学基础/电磁波

电磁波是一种以光速 c（真空中的光速约为 300,000 km/s）传播的波。它由两个相互垂直的场组成：电场和磁场。这种扰动通过空间传递能量。电磁波的波长各不相同（理论上可以是任何波长），每种波长对应着不同类型的波，但实际上电磁频谱上的所有波都是一样的 - 电场和磁场中的移动扰动。电磁频谱上的不同波类型包括（从波长最长到最短）：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线。随着波长的减小，频率增加。这可以用以下公式数学表示：f = 300/λ，其中 λ 是波长（米），f 是频率（兆赫兹，即每秒百万次循环）。波的能量也随着频率的增加而增加，这可以用公式表示：E = hf，其中 E 是波的能量，f 是频率，h 是普朗克常数。

这种类型的波被人类广泛使用，原因多种多样。无线电波（显然）用于通信，微波也用于通信（当然也用于烹饪）。红外线可能会在你最喜欢的餐厅里保持薯条的温度，X 射线用于成像，等等。一些电磁波已被证明对人体有害，特别是那些能量足以使物质电离的波。电磁波的电离过程包括波“击出”原子中的电子，使其处于电荷不平衡状态，称为离子。可以电离的电磁波包括紫外线辐射（会导致晒伤）、X 射线和伽马射线。大量的电离辐射会极具致癌性，有时甚至致命。这就是为什么在使用 X 射线和伽马射线等物品时必须采取严格的安全措施的原因。请记住，任何比紫外线弱的电磁波都不能电离，这在公式 E = hf 中很明显。唯一决定它是否会电离的因素是频率。尽管如此，即使是高功率无线电信号也会导致灼伤，而微波如果距离高功率天线太近会导致失明。光线也会导致失明，例如直接看太阳。在使用这种类型的波时，尤其是在人造源附近，应注意安全。尽管存在（通常是轻微的）风险，但人类已经充分利用了这种强大的自然力，它们已被证明是无价的工具。

可能还有一个问题。这些波是在什么介质中波动呢？正如前面提到的，似乎什么都没有。然而，根据量子场论，它们可能是充斥整个时空的量子场中的波动。当电磁场受到干扰时，就会产生电磁能量的光子。每当你打开灯开关时，请记住这一点。光和电磁波确实是令人惊叹的现象。