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试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(1)——现代科学启蒙主义系列

(2008-09-10 17:02:20)
标签:

物质属性

光波

电磁波

聚氯乙烯塑料



 

为何这种已经普遍流行于全球各国的中学、大学和研究院所长达一个多世纪的麦克斯韦的“经典光·电统一观”,必须要被彻底否定?



 

“光波”“电磁波”这二者真的是一概完全相同、没有任何物质属性上的区分的物理波吗?除了频率不同之外。事实上,“光波”和“电磁波”这二者的物质属性相差很大。麦克斯韦“一切光波都是电磁波”的假设,在真实的物理世界中并非完全如此,尽管有著名的赫兹的电磁波实验作为该假设成立的一个重要的物理证据。自19世纪长期以来,标准的中学和大学的物理教科书,都自以为是地有意混淆了“光波”“电磁波”之间显而易见的物理差别。

 

电荷作空间长度变化的加速运动,或者电荷作半径变化的匀速圆周运动,或者电荷作半径不变的匀加速圆周运动,都将对外辐射电磁波。可是,要想使得电荷发生这类加速运动,必须是在导电固体,或者电解液,或者导电气体所构成的闭合电路中。通常,只有在导体和半导体中,才能允许电荷作这类加速运动。于是,我们特别地将“电磁波”严格界定为:所有用加速电荷,或者加速电偶极子产生出来的波,以及只能在导体和半导体中传播的波的统一称谓。

 

对于绝缘固体,绝缘液体,绝缘气体而言,电荷被束缚在原地静止不动,无任何电荷可作上述那类加速运动。而实验表明,任何静止电荷都不会对外辐射电磁波。不过,费曼认为它们对外可以辐射实验上永远测量不到的“虚光波”。我们特别地严格规定:只有那些可以在绝缘体中传播的波,才是“光波”

 

由于任何分子都是一种电偶极子,故而分子热运动都是一种电偶极子的加速运动。于是,基尔霍夫定律表明,不论是导体,半导体,绝缘体,只要它们的绝对温度高绝对于零度,都将对外辐射或者吸收相同波长的电磁波,即所谓的“热辐射”或“热吸收”。只有处于绝对零度的任何物体,既不对外辐射任何波长的电磁波,也不吸收任何波长的电磁波。我们将这种物质称作为绝对暗物质,或者绝对冰冻体,或者绝对的绝缘体。宇宙中,这种绝对暗物质即使大量地存在,我们也难以观测证实它们的存在性。目前我们人类认识遥远的星体和星系,以及它们的化学组成,或者粒子组成,都是借助它们对外辐射的电磁波的频谱。由于这类绝对暗物质既不对外辐射任何波长的电磁波,也不吸收任何波长的电磁波,使得我们暂时还没有可靠、可信的技术手段去证实这种绝对暗物质的存在。任何已知常见的物体和粒子,只要它们的绝对温度等于零度,就全是暗物质

 

在常温常压下,传递“光波”和传递“电磁波”的物理介质很不相同:

 

传递“光波”的都是绝缘介质:真空、空气、玻璃、光导纤维,琥珀,钻石,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,聚氯乙烯树脂,聚氯乙烯塑料等各种绝缘材料。

 

传递“电磁波”的都是导体或半导体介质:金、银、铜,铁,铝,碳,硅,锗等各种金属和半导体材料。

 

 尤其格外明显的物理事实是:任何可以传递“光波”的绝缘介质一律都无法传递“电磁波”;而那些可以传递“电磁波”的导体或半导体,几乎绝大部分均无法传递“光波”。

 

在接近绝对零度的极低温下,由于一些原来在常温常压下传递“光波”的绝缘介质(比如,聚氯乙烯塑料,一些透明或半透明的金属陶瓷等等)变成了宏观量子态的超导体,除了可以继续传递“光波”以外,也能传递“电磁波”。因此,对于超导材料而言,由于都能传递“光波”和“电磁波”,这时,我们才可以近似地认为,“光波”和“电磁波”的某些物理性质趋近相同。

 

综合上述,我们可以清楚地看出“光波”和“电磁波”并非是物理属性完全相同的、同一种类的物理波,决不可相信教科书上这种由来已久的错误说法。正是由于“光波”和“电磁波”在物理属性上的巨大差别,才使得研究传递“光波”的“电介质物理学”和研究“电磁波”的“电动力学”是两个相互独立的、物理性质极其不相同的重要学科。

 

光波和电磁波虽然不相同,但是,光波信号和电磁波信号,却能进行所谓的“光波讯号-电磁波讯号”的相互转换。在发射端可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率,来实现对基带电磁波的信号的调制而发射出光波;而在接收端将基带电磁波信号从高频的载波中提取出来,把光波信号解调还原成原始的基带电磁波信号。

 

 

 

谢谢

 

 

 


 相关链接:


  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(1)

  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(2)

  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(3)

 

 

 

 

 




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