电磁波的速度这事儿,那会儿真当是天选之子。在真空中,它跑得快,像发了疯的子弹,每秒能跑 30 万公里,这就是光速。在空气里,速度略微慢那么一点点,大约 0.999 倍。到了水里,更惨,直接掉到了 1.5 倍,比哪位都快哪位快,光在水里都像在泥潭里狂奔。到了玻璃里,更是被卡住,1.5 倍,比哪位慢哪位慢,光在里面像是被粘住了似的。
实际上只要知道那个真空光速,其他地方的速度都能算出来,不用整那些生硬的小公式,就如此好办。 这东西为啥能如此快?不是出于它硬,也不是出于它重,而是出于它是个波,是个场。场就是能量在空间里震荡,不需求一个实体的东西拖着跑。真空里的电磁波,真就像空气里的声波一样,只是它更了得,更“实”。声波在空气里靠分子挨上挨上跑,电磁波靠的是电场和磁场互相拉扯,一拉一拽,一扯一扯,就如此在真空中空荡荡地飞着。它们不需求介质,这种“借力打力”的本事,比任何固体都强。当电场动起来时,它后面的磁场也跟着动起来,磁场动起来时,电场又接着跑,形成一个完美的闭环。
这个闭环一旦形成,能量就在这两个场之间疯狂传递,速度自然就齐头并进,快得不中。 咱们平时说的光,实际上就是电磁波的一种特殊状态,并且只包含由此可见光。
那蝙蝠呢?蝙蝠飞得慢,它耳边响的是超声波,那是频率更高的电磁波,比由此可见光快得多,快得离谱。
由此可见光里的人眼能看到的,实际上只是电磁波谱里的一小段,就像彩虹里只露出一小片似的。
要是把彩虹画出来,由此可见光是那一小块,而剩下的各种颜色,有的比它快,有的比它慢,有的就连快几百倍、上千倍。 那为啥不同地方的电磁波速度不一样呢?这是出于每个地方的物质密度不一样。真空中简直全是空的,故此传播最快。空气中主要是氮气氧气,密度比真空大,故此速度略微慢一点。水分子比空气分子多,相互功能更强,电磁波就慢下来了。而玻璃里的物质更稠密,水分子和玻璃里的硅氧原子互相拥挤、互相干扰,电磁波走得就特别慢。
这就好比步行,人在空旷大道上跑得快,到了人群里,要是挤不进去,就得慢下来。电磁波在真空中就是空荡荡的大道,跑得快;在稠密物质里,就像进了个迷宫,跑得慢。 光在水里确实慢成这样,这能想象到吗?在真空中光是 30 万公里每秒,进了水里,它得减慢一半到一半,变成 15 万公里每秒。
这意味着啥?意味着光在水里要跑 20 倍的工夫,才能走完同样的距离。
要是忒阳熄灭了,地球上的植物还没来得及光合功能,出于光从大气层穿透进去,在水里的速度变慢了,光合功能就要被拖后腿了。
要么说,要是你在水里看忒阳,忒阳仿佛就在你脚下 15 万公里外,而不是 30 万公里远,出于光在水里的延迟感,让你认定它离你更近了。 电磁波的速度这事儿,实际上跟介质里的粒子数密度是亲着的。粒子越多,相互功能越强,速度就越慢。
只有粒子最稀薄,也就是最接近真空的时候,速度才最接近那个极限值。
故此,真空之故此是电磁波速度的上限,不是出于它有空,而是出于那里没有阻碍。 那电磁波到底是个啥东西呢?它是能量,是场,是波动。波和粒子有啥关系?有时候大家喜爱用粒子来解释,说光子。粒子是能量的一份子,波是能量的一种表现形式。它们混在一起,有时候像粒子,有时候又像波。当电磁波的能量极少,波长挺长,这时候波动性就明显,起波浪的效果就强;当能量多得数不清,波长极短,这时候粒子性就明显,个体碰撞的效果就强。视觉上的光,实际上是个波。当波包挺大、挺宽的时候,就是典型的电磁波,我们在日常生活中感受到的光都是电磁波。 电磁波还能穿透东西。
比如微波炉,它的电磁波能穿透金属锅壁,还能穿透人体。
这是出于电磁波在物质里传播时,别看速度慢,但并没有被阻挡,只是被散射了,要么被吸收了。
不过有的东西能吸收电磁波,比如黑体,它能吸收所有电磁波,把它变成热。而有的东西像镜子,它能反射电磁波,这样反射回来的波,速度变回了真空中的光速,只是方向变了罢了。 故此,电磁波的速度这事儿,实际上就是波在介质中传播的快慢,跟介质里有多少物质、有没有物质,直接挂钩。真空中最快,出于最自由;水里最慢,出于最拥挤。
只要知道真空光速,其他地方的速度都能推导出来。
这大约就是电磁波的魅力,它好办、直接、又充满了逻辑。