现在我们是时候突入光的另一端了,极小的光子,也就是无人不知无人不晓的电磁波要怎么理解呢?
在第四章中我解释了电磁波是光的一种,但是它的名字里有“波”,这就很明显能看出来它和光的性质相差得比较大。事实上它们这一个家族有两派相互冲突的属性,一方比较强另一方就会比较弱,而中间的则是二者兼具。
其中一端的属性是“频率大、波长短、能量高、光子大、波动小”
另一端的属性包含“频率小、波长长、能量低、光子小、波动大”
很明显,它们当然会分布在光谱的两端,因为它们几乎是完全对立而存在的。
伽马射线几乎就是大粒光子,而长波无线电波几乎就是纯波动
这5个属性到底包含着什么样的意义呢?这就要先从波开始解释了。
波是啥?如果从这个字的字源来解释也就是“水波的运动特点”,也就是一种水并没有离开原地,但是有一种能量扩散传播出去的现象。究其原因,是两个水分子之间有分子吸引作用力,所以当一个水分子运动时就会带动相临的水分子也运动起来,从而产生了波。
液体分子间有引力,也就是有“粘性”才会形成波。那有没粘性的液体吗?当然了……
也就是说,只要是一种可以通过相互影响的方式将能量传递出去的形式,都可以称之为波。
电磁波就是这样一种东西,它向外扩散能量的形式是由电场和磁场相互感应而完成的。
先让我们复习一下什么是电场,干燥的两种绝缘体相互摩擦有可能令一个物体的部分电荷转移到另一个物体上,那么其中一个必然因失去电子而表现出带正电,另一个因为获得了电子而表现出带负电,冬天脱毛衣时火花哔啪就是两件衣服之间在放电。
梳子和头发就是一对绝缘体,为什么不能用导体?那还用说,电全跑了呗
电荷本身就有同性相斥,异性相吸的特点,所以电荷不平衡的物体也会产生吸引或排斥的力,我们把两个带电物体之间传递力的无形之物叫作电场。
而磁场大家非常熟悉,因为磁铁实在是太常见了。这也是一种可以不通过接触就产生力的作用的特殊现象。但是大家有没有想过,两块磁铁产生相互力的作用时,是什么在受力呢?力最终还是要作用在原子上的,但是原子只有三个组成——正电之质子、负电之电子、无电之中子,所以其实这些力还是作用在了带电荷的电子和质子上了。
还有一个证据——不仅是天然或人工的磁铁,还有一种现象可以产生磁场,也是电磁铁的原理,螺旋电线中通上电流就会产生比天然磁性大得多的磁场,我翻译一下教科书里的解释就是:某种电荷运动会产生磁场。其实天然磁铁也是如此,这些物体在特殊的电子轨道让电子作绕圈运动,类似无数原子级的小电磁铁。
磁铁内部,每一个原子都是一个微型电磁铁
现在想一想,是不是有一种微妙的感觉?这就对了,让我把它提炼出来吧!
电荷会直接产生一种东西 与 另一个电荷直接产生的同样东西发生力的作用。
电荷的运动会产生一种东西 与 另一个电荷的运动产生的同样东西发生力的作用。
说到底它俩都是电荷与电荷传递作用力的物质,只不过一个是“直着来”,一个是“拐着来”。
所以电场和磁场其实本质是一种东西,是一个事物的“一体两面”,两种不同的表现形式。
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