關於回答網友輻射和電磁場，電磁波的相關內容，分享給大家

我們知道了電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量。又知道了萬物皆有輻射。且以電磁波和粒子的形式向外輻射能量。那麼萬物都有輻射電磁波的能力嗎？ 都具有磁場或電磁嗎？

這個問題是別人留言問我的，其實這個問題不難。留言的人是大學生，他是被國內百科知識誤導了。萬物皆有輻射沒有問題，我們身邊的任何東西都有輻射。

可是說萬物都以輻射電磁波和粒子的形式向外傳遞能量，就是不嚴謹的。準確的定義是萬物以波或粒子的形式向外輻射能量。波和電磁波是不同的。一個指一類事物，一個指具體事物。就好水果和蘋果的區別。

就像國內這道題目一樣，開頭就說：「我們周圍的一切物體都向外輻射電磁波？」這樣說正確嗎？就像我上面說的，這個描述不夠嚴謹。一切物體向外輻射波，波的類型包含電磁波。

再問大家一個問題，幫助大家理解：引力波是輻射波嗎？超聲波波是輻射波嗎？

答案不言而喻，肯定是的。引力波是波，是空間能量以引力波的形式向外傳播，所以是輻射波。超聲波也是，地震波也是。

可是我們不會說引力波是電磁波，也不會說地震波是電磁波。所以輻射波包含電磁波。輻射現象包含了電磁輻射，這就是它們的關係。答案並不難。

其實這位朋友內心的真正困惑應該是這樣的，電磁波的形成是有條件的，也就是我們上面所說的同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量。那麼任何物體都具備這樣條件嗎？

也就是一杯水，一個人，一棵樹都是在向外輻射電磁波。這是沒有問題的。可是為什麼呢？ 答案是這樣的。一切物體都具有溫度，且在絕對零度之上。那麼它就要向外有熱輻射。

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而熱力學上認為當物質的原子或分子高於絕對零度時候，分子或原子都會做不規則的運動。

原子由原子核和電子組成，電子帶電荷，電子運動使得周圍空間的電場發生不斷的變化，我們知道，變化的電場能產生磁場，變化的磁場又能產生電場，這樣的不斷循環就產生電磁波了。

麥氏電磁場理論說簡單點就是變化的電場能產生磁場，變化的磁場產生電場。根據電磁感應定律，磁場恆定無法產生電場，磁場均勻變化產生的是恆定電場，磁場呈二次函數變化產生的是均勻變化的電場，磁場的其他變化產生的就是非均勻變化的電場了，就可以產生電磁波了。

這就是為什麼一切物體都輻射電磁波了。紅外熱成像儀就是利用這個原理工作的，它探測的是熱輻射。

提到熱，再跟大家多說一點，我覺得很重要。有一些「詞」專屬於人類。比如「熱」這個詞就是。熱或冷【溫度】我們是知道是粒子運動激烈程度的度量。 但對於無生命體來說，熱和冷沒有區別，因為沒有感覺。

所以看熱和冷的本質就是物體粒子運動的激烈程度，只是這種狀態的描述我們用「冷或熱」。

還有人會問，那麼一切物體向外輻射能量，比如一個杯子，100年它還好好的，那它為什麼沒有變小或者消失？

這個問題也不難。杯子在向外輻射能量的時候，也吸收熱輻射，所以基本可以持平。但是有的物體，就是會變小，甚至消失。

比如一根火柴，你點燃它，它是變小了，變輕了，化成灰燼了。還有我們每天見的太陽。總有一天，太陽輻射會停止。

再來回答一個問題，有人問：「電磁場中的電磁波指向無窮遠，而不是閉合的迴路。這和磁力線必須閉合矛盾嗎？」

首先這是不矛盾的，為什麼矛盾呢？ 我們可以看看下面的答案。

初中，高中老師都講過『磁場線一定要閉合』，但從大學物理的角度來看，這句話並不嚴謹。首先，這句「磁場線一定要閉合」的描述，不是科學家定義的公理或者公式證明出來定理，它只是高斯磁定律的一種結果。高斯磁定律(前提是磁單極子不存在)闡明，磁場的散度等於零。

其中，S是任意一個閉曲面，ds是微小面積分。(這個關於磁場的散度積分方程同時是麥克斯韋方程組四個公式之一。)

『磁場線閉合』只是高斯磁定理的充分而非必要條件。

充分性：如果有一條閉合的磁場線，我們總是能夠找到一個足夠大的閉合曲面將其完全包裹，從而實現磁通量的『零泄漏』。由於這個曲面是任意的，假如一根磁場線從一邊穿進，再完全從另一邊穿出，同樣也是滿足通過任意閉合曲面的磁通量恆為零這一要求的。

必要性：我們知道，電場是可以有源的，對應的是一個激發它的源電荷。但磁場的散度恆為零，表明磁場線並不能像電場線那樣可以存在一個對應的起點或者終點（如果取的曲面只包裹起點那一小段，將違背『通過任意閉合曲面的磁通量恆為零』），所以人們才常說磁場線是閉合的。但我們想像一種特殊情況，若是兩個端點都在無窮遠處，這同樣也是滿足高斯磁定理的。而平面電磁波的橫磁場便是這樣的一種特殊情況。

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上圖表示的是一種最簡單的理想平面電磁波，無源，真空介質。其中電場、磁場、傳播方向三者兩兩垂直，符合右手螺旋法則。圖中箭頭表示的是矢量而非場線（也可以說是場線在觀察點處的切線），其箭頭方向表明該點處電場或磁場的方向，箭頭長短描述電場或磁場強度的大小。

其數學表達如下【專業的可以看看。公式我本人也迷茫】,

其中， η為真空中波阻抗，k為波數。電場E只有y分量，磁場H只有z分量，二者同相位。電磁波沿x軸傳播。

如果我們取一與x軸垂直的平面，即等相位面，畫出電場線、磁場線，

我們可以看到電場線、磁場線應為互相垂直的兩組平行線（均勻平面波情況下，該平行線間距相同。）若沿著x軸移動該平面，平行線箭頭方向會改變，但兩組平行線的關係依舊，各從無窮遠延伸至無窮遠。為了驗證高斯磁定理，我們可以取任意的一個閉合曲面，無論怎麼取，通過它的凈磁通量總是為零，因為所有進入的磁感線都全毫無意外地流出來了。電場線，磁場線在無窮遠處各自閉合了。

話說回來，其實平面電磁波只是一種極端理想的情況，只有無限大場源才能輻射均勻平面波。正是因為我們造不出這樣一個無限大的場源，導致所謂的平面電磁波只能永遠看做成一種近似。結果就是，電場線和磁場線其實還是各自在很遠的地方各自閉合，互為交鏈。只不過這個圈圈確實很大而已。就像下圖一樣。

我們都知道，這種磁感線在課堂中老師說延伸至無窮遠，事實上我們也無法去驗證這個實驗。但我們不能說沒有驗證就不可靠。

類似的現實中不能驗證的理論，還有很多。我們依然認為它們是真理。這個我在《變化》寫過不少例子，大家可以去看看。

同樣，通過這個問題，我們還可以想到引力。引力的作用範圍也是無窮遠的，這也是我們課本上學習的。也就是地球的引力所覆蓋的範圍是全宇宙。你作為一個人，所具有的引力覆蓋的範圍也是全宇宙。

這樣想是不是會覺得很有意思。我坐著不動，但其實我和全宇宙的一切物質都有聯繫。我已經到達了全宇宙的任何一個星球之上。

物理就是這樣的有意思。但世界並不是我們像的那麼簡單。它的美妙是多樣的。所以理解世界的方式不要拘泥。我什麼也不懂，我只是在表達我的想法。今天就給大家分享到這裡。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》

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