量子起源：淺談電磁波是否對人有害
隨著幾條鮮艷的橫幅拉開，一行[無良xx亂建死亡塔無視業主生命安全]的大字，映入我的眼帘。抗議通信基站的事情，此起彼伏的在全國範圍內上映。
近些年，從核電站到通信基站，電磁輻射，如洪水猛獸，讓人談之色變。
比如去年夏天，我那懷孕的女同事，就嚷嚷著要和我換辦公桌位置，理由是她的辦公桌離路由器太近，電磁輻射對寶寶不好，當然我在心裡苦笑的同時，毫無在意的答應了她的請求，想當初，明明是她說那裡信號好，非要搶佔那個位置。
許多商家也沖著公眾這個心理，大打[防輻射牌]而搛得盆滿缽滿。
比如五花八門的防輻射服就是其中之一。商家利用公眾科學素養差的特點，混淆視聽、造謠生非。隨著生活水平提高，人們追求高品質生活本是情理之中，但是一味信奉偽科學與謠言，無端端的自己嚇自己則不可取。
本篇《量子起源》，帶你一探電磁波的奧秘，以及闡述它是否對人體有害。
我們的故事，最早要追溯到180多年前，偉大的科學家法拉第先生開創了電磁學，並首次提出電磁場概念。遺憾的是，法拉第出生貧寒，從小在印刷廠上班的他，沒有接受過太多教育，使他偉大的設想無法用數學描述。
直到，麥克斯韋的出現。
麥克斯韋和法拉第不同，他出生富裕，從小有雙親精心培養的他精通數學。等麥克斯韋長大成人後，他非常崇敬曾經的科學巨匠，因此廢寢忘食地閱讀法拉第寫的書，讀罷，決心為法拉第唸叨的電磁場建立數學方程。
就這樣，人類有關電磁場的腦洞，終於從設想變成方程。
不過，麥克斯韋的方程非常複雜，當時只有少數科學家能夠看懂。起初，科學界是普遍不相信麥克斯韋方程中的電磁波，因為科學是一門極為嚴謹的學科。法國數學家龐加萊曾經說過：[任何未經實驗驗證的理論，都不能納入進科學]。
電磁波誰也未曾見過，不相信也是在情理之中。
與之類似的複雜方程，還有曾經愛因斯坦的相對論。直到2016年美國找到引力波，有了這最後一個實驗證據為止，才為100年前的愛因斯坦廣義相對論，划上完美句號。由此可見，科學事業是多麼的艱難與美妙。
所幸，電磁波不像引力波那麼難找。
就在麥克斯韋逝世的第八年，年輕的物理學家赫茲，相信麥克斯韋方程中描述的電磁波是存在的，並決心去研究它，籍此作為自己的博士論文。
這就是赫茲製作的實驗裝置，簡單的難以致信。
裝置有兩部分組成。
第1部分是電波發射裝置，當銅球中的電流通過導線傳遞至小金屬球時，會在空隙處產生一道電火花，假設麥克斯韋方程描述正確，那麼，被振動的電子會產生波動，就像丟一塊石頭在水中會泛起水波一樣，進而製造出電波。
第2部分是電波接收裝置，當電波以光速向時空中輻射時，它撞到一根金屬導線，那麼移動的電波，就像金屬切割磁感線一樣，可以在導線上形成一股電流。假如接收器看見了電流流過產生的電花火，則證明真的存在電波。
整個1887年，赫茲幾乎都在用放大鏡找接收器中的火花
1887年，赫茲關閉門窗，在他漆黑的實驗室中，手持電波接收器，耗費差不多整整一年，也未能在接收器上找到設想中的電火花。
無獨有偶，在另一座城市中，洛奇教授也在尋找電磁波。
有一次，洛奇在測試避雷裝置時，當電流通過，一道微弱的藍光頓時在導線中亮起。洛奇教授大喜，因為他看見藍光高度有序，如同人工編織花紋一樣。他立即意識到，這肯定是電磁波，不然怎麼頻率會如此之整齊。
洛奇教授心情無比舒暢，他決心出去旅遊一趟，打算在1888年的英國夏季科學座談會上，向全世界發表自己地研究成果。
顯然，命運不會再垂青洛奇教授。
因為在與此同時赫茲的艱辛實驗，終於獲得了回報，他於1888年的某天，在電波接收器上看見了微弱的電火花。
而這一切，洛奇教授並不知情。
度假歸來的洛奇滿面春風，在人聲鼎沸、聲勢浩大的英國皇家科學院大樓，他以為自己即將迎來人生之中最輝煌的時刻，因為這項研究成果，能給他帶來無上的榮譽與爵位，因此洛奇從會議伊始就很亢奮。
然而.......
「先生們，一周前德國物理學家赫茲先生，終於探測到了時空中的電磁波，我們從朱庇特手中奪得了閃電，從此我們將成為大自然的主人.....」
隨著科學座談會開幕式上，數學家傑拉德這樣的一席話，讓洛奇教授頓時就像是嗶了狗，使他整個人都不好了。
研究成果被人捷足先登，可想而知洛奇教授得有多鬱悶。
洛奇教授的悲劇不僅於此。1894年，年僅37歲的赫茲因敗血症英年早逝，為了紀念赫茲，洛奇教授將自己最新發明的一套電磁波發送、接收器，帶來了追悼會現場，並進行了演示，以紀念這位曾經可敬的老對手。
洛奇教授發明的電磁波發送、接收裝置
誰知，洛奇的新發明卻被人所覬覦。
20世紀初，一位名叫馬可尼的義大利人來到倫敦，宣稱自己發明了通信距離極為遙遠的無線電，並為此申請了專利。他長袖善舞，善於結交人脈，並利用這些資源，在英國建立無線電公司，為自己謀利。
隨後人們才發現，他的所謂發明，幾乎全部都是抄襲洛奇教授的成果。
馬可尼箱子中的所謂「發明」，就是直接抄襲洛奇教授
以往，在科學家的眼中，發明創造，都是為了推動人類文明的前進，不會去太計較個人得失，學術之間有竟爭也是良性的。
可是，馬可尼這個商人，卻利用真正科學家們的成果，來申請自己的專利，還宣稱自己是無線電之父。他的做法徹底破壞了純粹的科學氛圍，從此以後，科學這塊純潔的處女地，也被充滿銅臭氣味的商人所污染。
更加諷刺的是，馬可尼的人脈和金錢操作，讓這個小偷似的投機商人，獲得1909年的諾貝爾物理學獎。
好了，扯遠了，下面我把話題拉回來。
隨著相關設備的發明，電磁波在人類社會裡，像空氣一樣傳播開來，成了我們生活中不可或缺的一種技術。而赫茲先生在逝世前，實驗中觀察到的一些物理現象，卻沒有任何人能解開，成了當時的未解之謎。
這個謎題就是大名鼎鼎的[光電效應]。
赫茲發現，當他用紅光照射那兩個金屬球時，電火花沒有任何影響；而一旦換成用藍光照射時，電磁波實驗就像獲得了魔法加持一樣，火花瞬間變得閃亮了起來。更加讓赫茲不解的是，藍光就算一點點也有效果。
舉個栗子。
假如你有紅、藍兩種顏色的水，當你泵紅水衝擊幾塊小石頭時，無論水壓有多麼的大，小石頭紋絲不動；而一旦換成藍水，就算藍水弱得像尿尿一樣，卻也能把石頭沖走。如此不符合邏輯的現象，電波難住了許有人。
為了更好理解之中的違和，我再舉個栗子。
假如你有紅、藍兩種膚色的僕人，你讓他們分別去抬「電子」。你知道紅人的力量比藍人的小，按照邏輯，紅人一個抬不動，那兩個、三個、四個總能抬動吧。可是情況卻不是如此，無論紅人有多少個，就是抬不動。
你們看，電磁波用常識理解不了吧！
就在人們為[光電效應]感到困惑之際，一位名叫普朗克的科學家也遇到了難題。
19世紀末，德國標準局為了製造更省電的燈泡，他們來到柏林大學向普朗克教授請教，請求他幫忙計算一下，什麼溫度下，能讓燈泡以能最少的電，發最多的光。
當時，人類已經知道光的紅外、紫外以下，肉眼不可見。
為了讓燈泡能製造出更多的可見光，而不是把電浪費在紅外、紫外上，普朗克答應了德國標準局，決心幫他們解決這個難題。於是，普朗克教授做了個接近「黑體」一樣的實驗設備，開始了他的計算。
那麼，什麼是黑體?
黑體是當年科學家腦洞的東西，現實並不存在。他們設想一種東西，可以吸收所有電波，卻不會反射電波，籍此來計算「黑體」在接收到電波的能量時，它的溫度提升，與輻射出的光譜之間的聯繫。
建立黑體輻射方程，那麼就能輕而易舉找到燈泡的最佳溫度標準。
在普朗克之前，已有多位科學家，試圖建立黑體輻射的方程，可是，他們的方程都只對了一半。要麼是紅端的正確，紫端的錯誤；要麼就是紫端的正確，紅端的錯誤，總之，他們窮盡所學，也搞不定[黑體輻射]。
各自只對了一半的維恩方程、瑞利方程
舉個栗子。
其中一個方程前面描述都正確，但是當物體達到XX溫度，方程計算會輻射大量紫外光，可現實卻是白光；另一個方程則後面描述都正確，但當物體低於XX溫度時，方程計算會輻射大量紅外，而現實卻再一次打臉。
普朗克暗想，我該怎麼辦?
堂堂一個大學教授，要是連個燈泡都搞不定，這要傳出去，臉往那擱啊！要知道在當時歐洲的大學，教授可是相當有名望。無奈之下，普朗克拿出那兩個只做對了一半的方程，反覆推敲，在筆記本里逆向計算了起來。
他把那兩個方程，左刪一點，或者右刪一點，接著拿去[黑體實驗]驗證一下，見結果不對，就自己往方程里加一點，然後又去驗證，如此往複。
普朗克年輕時代與中年時代的照片
普朗克就像一位擲骰子的數學家，試圖以純粹的數學方法蒙出答案。
功無不負有心人，在普朗克花了幾年心血後，他終於蒙出一個，完全符合現實生活的[黑體輻射方程]，一下子關於燈泡的問題就解決了。他根據這個正確方程，明顯告訴德國標準局，燈泡保持在3200K最節能。
也正因為方程是蒙出來的，所以普朗克低調的發表研究成果。
普朗克方程非常有趣，他能完美描述黑體輻射，是有一個前提條件，那就是方程因子只能取整數1、2、3、4、5......，而不能取1.X、1.XX、1.XXX、1.XXXX.....之類的非整數。誒！怎麼會這樣?說不通啊！
什麼啊，沒看懂?我仔細解釋下。
普朗克的方程，描述了一個極其詭異的世界。在那個世界，假如你打開水龍頭，水會一杯一杯地往下流，而不是一條直線；你走路，只能一格一格的走，沒有0.X格或者1.X格之類的走法。方程完全顛覆人類想像。
蒙方程的普朗克，無意間打開了新世界的大門。
這個極其詭異的新世界，就是只可仰望、不可觸摸的[量子世界]。
在經典宏觀世界，一塊餅乾、一桶水、一碗飯，都是能分了又分，切了又切，理論上可以一直分下去。量子論的誕生，告訴了我們人類，能量是有最小的單位，在那個詭異的微觀量子世界，存在著不可再分的東西。
1900年12月14日，普朗克教授硬著頭皮說，好像我們的世界在微觀層面，不是連續的，它是由一份一份的離散能量組成。普朗克把那一份一份的最小能量，命名為[量子]，就這樣，量子概念在普朗克手中誕生了。
作為量子論創始人，普朗克教授一生命運多舛。
他一生經歷過兩次世界大戰，為此顛沛流離。大兒子命喪於第一次世界大戰，二兒子在第二次世界大戰時，因試圖刺殺希特勒而被處死，兩個女兒也因難產而死。可見天才科學家也是凡人啊，很多事物掌握不了。
離經叛道的量子論，與當年的物理學格格不入。
保守的普朗克面對自己打開的新大門，他卻不敢自己踏進去，所以他在論文的結尾中提到，讓同行不要太較真，量子論只是他一家之言。當時的科學界，也就真的沒有去較真，都當普朗克的論文，是一本「科幻小說」。
在這樣的年代，卻有一個人把量子論當回事了。
他就是家喻戶曉的愛因斯坦。1905年的一天，愛因斯坦與普朗克的論文，歷史性的邂逅了，當目光一接觸上面的文字，他就像被一塊磁鐵一樣吸引了，驚世駭俗的[量子化]理論，讓靈感頓時在他腦海中湧現。
愛因斯坦非常興奮，就像獲得新玩具的小孩子。
他轉動那顆無與論比的大腦，在人類浩瀚的知識海洋中尋找突破口，空然，像閃電劃破漆黑的夜空一樣，他有了一個理論。
愛因斯坦暗想：
即然普朗克說能量是一份份、不是連續的，而電磁波又是能量，而光又是其中一種電磁波，也就是說可見光，它也是一份一份的能量，應該有組成的最小粒子。想到這裡，愛因斯坦頓時豁然開朗，他明白了光電效應是怎麼回事。
以前，人們談到[光電效應]，總會自然而然想起，無論多少紅人都抬不動「電子」的謬論，而藍人卻能輕而易舉地抬起。
愛因斯坦指出，這個觀點是錯誤的。
他說道：電磁波的能量是一份份的，不同顏色，代表蘊含不同的能量。紅光的能量很低，就像氣球，無論你有多少氣球，也不可能砸得動石頭；而藍光、紫光的能量則比較高，就像橡皮球，它只需要幾個，就能砸動石頭。
愛因斯坦把電磁波的一份份能量，命名為[光子]。
有意思的是，愛因斯坦得諾貝爾獎，並不是因為相對論，因為那個實在太複雜了，諾貝爾獎委員會的人，都沒有幾個能看懂，加上他的理論又很難驗證，所以讓愛因斯坦得獎的，正是他這篇靈光一現的[光電效應]。
基於天才愛因斯坦的光電效應理論，以及之後的量子力學。
我們人類越來越察覺到，這個世界非常奇怪，當尺度小到量子世界，發現整個世界是離散的、是不連續的，就像是電視中的像素點，簡直細思恐極，這個證據彷彿在說，我們是生活在虛擬世界中，不然量子怎麼會那麼詭異。
同時還發現，我們的身體只是一堆概率能量包。
我們現在可以肯定的說，像衛星信號、路由器信號、手機信號，此類電磁波輻射是完全無害的，因為它們的能量實在太低太低，比本身能量弱得可憐的紅光，還要低萬倍，照射到人體時，如同被灰塵飄過一樣無害。
而有害的電磁波輻射是什麼呢?
是那些藍光、紫光以外的電磁波，它們的能量就像是皮球，曬一下太陽、做一次X光，雖然被皮球砸到不會受什麼重傷，但磕磕碰碰之類的擦傷總會有，所以長期曬太陽，以及去醫院做X光，確實對人有害。
在電磁波之中，殺傷力巨大的當屬伽馬射線。
它們的能量可就不一般了，就像是一顆顆呼嘯而過的子彈，穿透力極強。假如太陽系附近幾千光年以內爆發超新星，那麼以超新星的能量，輻射出的伽馬射線，能讓整個地球的生物滅絕，而且伽馬射線還能穿透十幾公里的岩層。
也正是因為伽馬射線，有如此強悍的穿透力，防輻射服在它們面前毫無卵用。
所幸，此類死亡射線，只存在於核輻射這樣的高能量激發中，因此我們不用過份擔心。
最後結論：
我們完全沒有必要對通信基站、路由器、手機信號之類的電磁波輻射感到害怕，很多人害怕它們，其實是與伽馬射線混淆了。
伽馬射線、X光、紫外、可見光、紅外、微波、無線電波都是電磁波
雖然伽馬射線、X光、紫外、可見光、紅外、微波、無線電波，全部都是一種電磁波，承載能量的媒介，也都是光子，但它們之間的能量區別極大。
孕服穿防輻射服也根本沒有必要，因為你一年接收的通信電磁波能量，其總量還不如一次洗澡時浴霸照射的多。
浴霸輻射的電磁波，完暴手機、路由器
看到這裡，是不是你連冬天洗澡時，連浴霸都不敢開了?
當然，可能也會有人用微波爐來懟我：你看微波也是一種電磁波，它都能快速加熱食物，怎麼能說電磁波輻射無害呢?
我沒寫微波爐，是因為微波爐加熱原理要寫清楚，那就屬於另外一個話題，限於篇幅，本篇也就不再展開。
最後再強調一遍，所有光都是一種電磁波。
既然冬天洗澡，用浴霸用得那麼心安理得，卻為何對那小小的手機、路由器畏懼如虎呢，就因為它們的電磁波看不見?
如果真是這樣的話，看來，看不見也是一種罪啊！
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