因为电场的强弱不存在空间尺度上的长短高低粗细等概念,所以用任何"形状"来形容电磁场的样子
都不会太恰当,所以前面的"枣核形"也好"珠串"也好,还有刻成波浪的冰块等,或任何用"形状"来
表达电磁场的方式都不能真实反映电磁波和电场的本质面目,这需要要大家自己去开发想象力了。
假设有一个无线电发射天线:
天线上突然出现极化出电荷时,天线表面的电场就以光速向外扩散。电荷消失时,电场的下降沿也以
光速向外扩散。
天线上没有电荷时就没电场,周围空间里就什么都没有。
天线上出现电荷电荷时,电荷的电场也以光速向外扩散,负电荷消失时,消失的信息也同样以光速向
外扩散。
由此看来,场是一种不停的向外"流动"的物质,场是一种本身没有质量、没有能量、但是可以携带
能量、占有(但不独享)时间、占有(但不独享)空间、永不停息的运动着的,并且对其他物质有作用的
特殊物质。场的运动与时俱进,永不信息,就算场源产生了场后消失了,已经产生的场依然继续向前以宇
宙中最快的固定速度传播。用专业的术语表达这种流动的场就叫作“幅射”。电场以恒定的速度向外幅射。
场是一种标志着宇宙中"绝对空间"和"绝对时间"存在的显式物质。我们测量不到以太,但是我们
能测量到场的存在。场的速度是空间中的绝对速度极限,场的时间是宇宙中永恒的均匀流逝的时间,场的
扩散距离是宇宙中均匀的空间尺度。场的速度是宇宙中任何物质之间相互作用的速度极限。
关于速度的极限,我们先看一下人推小车的例子,假如只忽略车的磨擦力(不能忽略人的磨擦力,否
则人跑不动了)车的最快速度是多少呢?显然是人跑的最快速度,假如人跑的速度追不上车,就不能再对
车提供推力,车就不会再有加速度。
场在宇宙中以绝对速度c传播扩散,假如有一个电荷也以相同的速度和相同的方向运动,则场对它不
起任何作用,因为场追不上它。这好像在水中有一个物体,水对它的冲刷力与它的速度有关,当它的速度
与水的速度相同时,水对它没有任何冲刷力。
电荷在场中受力大小与速度的关系是:F=F静√(1-v²/c²),当电荷的速度与场的速度相同时,电荷
受的力为0。当电荷静止时,受的力最大,就是静电场中的电荷受的力:F静=QE。
假如电荷的质量是m,则电荷的速度接近静止时的加速度为:a=F静/m=QE/m,当电荷的速度为v时受
的力是:F=EQ√(1-v²/c²);加速度是:a=QE√(1-v²/c²)/m;
由这个公式看出,因为我们认为E和Q是不变的,所以随着速度的提高,表现出的感觉就是电荷的质量
比静止时的质量m变大了。但是实质上是因为电荷的速度提高后,相同的电荷受到的电场力变小了。
下面看看电磁波的问题:
假如天线是单方向的(比如抛物天线),可以向单方向发射:
当天线上的电荷按正弦规律交替变化时,这种变化就交替的产生大小和方向交变的电场,并按电场产
生的先后顺序等速的向远处传播(扩散),这就是电磁波。
结合场的幅射和波的幅射看出来了,其实电磁波是被天线上的电荷"塑造"成了"波的形状"的电场。
因为电场无论是什么"形状"都会按场的恒定扩散速度幅射,所以这个被"塑造"成了"波的形状"的电场也
一样以场的固定扩散速度向远处传播。因此,单一方向的电磁波更像是一块塑造成"波"的"形状"的电场在
整体移动。能量集中在波的上升沿和下降沿上,相对场的移动方向垂直并静止的检测介面来说,分别表现
为电波与磁波。但是不论是电场还是磁场,都必然在极性交替的位置上有一个电场为 0 或磁场为 0 的断点,
就像前面说的天线上没电荷时的情况一样,是电场为0的点。这些0点把"波"的正负半周分成了不连续的
"电场段",每个半周是一个连续的起伏变化的电场段。电磁波被这些 0点切断成为一串正负相间的"电场段"
在空间以恒定的相对位置和方向的移动,移动的速度就是场的扩散速度c。
电场的扩散不需要介质,但也可以在介质中扩散。电磁波的反射是场在穿越介质表面时产生的表面极
化作用导至的"惠更斯效应"即"次波源"原理。惠更斯原理不适用于无介质(真空)情况下的电磁波,
因为那是场的移动,不是波动。
光的频率极高,所以光的一个波长很短,每个半周构成的"电场段"就是一个电场"颗粒"。
光是电磁波(不过心里想着是一串电场段组成的串),但又与我们平时通信用的长波、中波、短波、
超短波、微波等不同。光的频率太高,不能用普通的电子设备及天线产生和发射。光是由电子的能级跃迁
时释放的能量构成的电磁振荡,但是每个电子从高能级向低能级跃迁时只能发出0.5-2(这个数我记不清
了,还是小时候在70年代年出版的《十万个为什么》里看到过,总之是很有限的几)个周期的电磁振动(
这与电子跃迁的能级数有关),并且方向单一,也就是2至8个粒子,所以电子的跃迁不能发出连续的电磁
波。
(电力线理论需要修正,否则平行光或平行电磁场无法解释。)同方向电力线并不会互相排斥,比如
抛物型反射镜面可以把天线发出的电磁波变成平行的电磁波。激光也是平行的电场颗粒。真正球形幅射的
电场波层,因为处处法线上的磁场相等全部互相抵消了,所以没有磁场的存在,只是电波,不是电磁波。
因为一般高温(比如白炽灯)产生的电子能级跃迁时间和方向各不相同,因此光是向各个方向幅射的。
激光是一种让电子产生同方向的跃迁而形成的步伐整齐的光,因此是单一方向的高能光。即便如此,
激光也不是连续的电磁波,也是一段段的波组成。比如我们看激光照亮的地方会感觉像是有一些闪动的麻
点,这是由于照射每一点上的光不连续的原因造成的。
光是由许多一段段的(0.5-2个波长)电磁波组成的,这是光波与普通电磁波不同的地方。但是不管
它是不是一段一段的,也不管每一段的光波是长是短,总之都是电磁波,所以除了持续的时间不同外,其
他性质都相同。
就像雕成波浪的冰块在移动的时候,相对静止的检测点来说,表现得像波,但是相对波的载体冰来说,
上面的波是固定不动的固态形状。这样的物质称作"波状体",或"固体波",比如弯成波浪形状的一段
铁丝。在电磁波来说,因为光速极快,所以波长很长。每个半波构成的一个场段(或者也可以叫作"颗粒"
)如果用幅度来表示,就像一个拉得细长的枣核,在光频时则变得短多了,更加像"粒子",所以应该叫
作"波粒子"。或者应该说光就是由一个个的"能量粒子"组成的"粒子流"或"粒子串"。
但是这里说的"粒子"与"光子"的概念不同,因为根据波长可知,光的"能量颗粒"应该有几百纳
米长。而"光子"的大小更像是一个电子跃迁时所产生的的"一根光线"的直径。(其实就是套在两个"
枣核"形电场之间的磁场环的直径)。
我们知道,如果把一个物体升高相同的高度就具有相同的势能,只要高度相同,势能就相同,不论持
续多长时间。如果反复的把重物升高降低相同的幅度,则每一个周期改变的能量都相同,与改变的速度无
关。
同样的道理,如果振幅相同,则每个波的"枣核"形"颗粒"(或低频率时的"场段")上携带的能
量相同,成为一个个能量团,与波长无关。比如只要振幅相同,波长1公里与波长1米的电磁波段上携带的
能量相同。因此,相同振幅的电磁波,频率越高(波长越短)功率越大。因此相同振幅的电磁波频率越高
幅射的有效(通信)距离也越远。这与电流或电压的有效值不同,电流或电压的有效值与频率无关。
光电现象也支持这种理论,因为同强度的光,波长越短表现的能量越大。
电磁波没有空间尺度上的振幅,只是电场的强弱和极性的变化,而极性是人为定义的,因此,电场的
正弦波不论正半周还是负半周带的能量相同。如果从能量的角度来表达,波长很短的电磁波很像一串"能
量颗粒""串"成的"珠串"。说成是粒子流名副其实。