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电磁波引导了后来通讯界几百年的发展

电子工程师 来源:lp 2019-03-06 15:33 次阅读

当我们认识世界的层次不一样了,那么处理事情的方式也就不一样。这似乎是一句充满哲理的话,同样适用于通信行业。

我时常觉得人的学习速度要越来越快

才可以穿过漫长的阴霾区

古代的人们对事物的认识还停留在表层,人们不知道电磁波的传递形式。所以只能通过颜色,烟雾,刻字等这些表层的现象传输信息。那时候经常是“家书抵万金”。因为得到远方亲人的信息实在是太难得了。

图片来源:http://www.sohu.com/a/190200613_562249

19世纪中叶以后,德国物理学家赫兹发现了电磁波。之后人们也慢慢认识到各种射线,微波、可见光的本质都是电磁波。正因为人类认识物质的层面由普通的声波到了电磁波,慢慢的人们基于电磁波的特性发明了无线电、有线电视、手机、无线网络。也可以说电磁波引导了后来通讯界几百年的发展。

正如现实生活中的很多事物一样,人们不理解是因为不能直观的看到它。或者看到的只是一个假象。比如:眼前的经历可能只是暂时的,可能你现在还不明白其中真正的奥义。

正是因为人们也看不见无处不在的电磁波的具体传播形式,所以认识它才花了上千年。其实可以说电磁波就是变化的电磁场在空间的传播。

1865年,James Clerk Maxwell建立了他的“交变电磁场理论”,即变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,这本是经典电磁学普通的电磁感应现象,但他将这种现象推广到“电磁感应传递”中去后,指出:开放LC振荡电路会发出一种叫“电磁波”的东西,它可以传递LC振荡电路所发射的能量,这就是他赫赫有名的“电磁波理论”。

麦克斯韦像。(来源于视觉中国网)

大部分的光学现象可以很好地用经典的麦克斯韦电磁波理论进行解释,而无须量子的观点。物理学家们已经开始研究亚波长尺度的金属特殊结构内的光学现象。但是,无论将金属的特殊结构尺度做得多么小,使其远远小于光的波长甚至处于纳米量级,其光场的特性都可以用经典的麦克斯韦方程组正确并且完整地描述,而无须借助量子光学。

图片来源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b618eef0102won5.html

然而,还有一小部分光学现象是“电磁波理论”解释不了的,比如“激光理论”中涉及光子的发射与吸收的一些实验现象。这些实验现象就要用光子理论来解释。

那么什么是光子?说实在这个问题很难被定义。因为提出光子的是爱因斯坦,但是爱因斯坦自己也搞不明白什么是光子。爱老爷子在1951年这样写道:

翻译过来就是:

“什么是光量子?50年来我一直在认真思考着这个问题,可是哪怕连一步都没有接近答案。“

图片来源:http://m.sohu.com/a/236628909_418353/?pvid=000115_3w_a

爱因斯坦在1955年就去世了,也就是说他研究了一辈子也没有弄明白什么是光子。

你对光子的性质了解越多,你就越会发现爱因斯坦绝不是在开玩笑。光子的性质实在是太让人费解了。

我们都知道电磁波是光的另一种叫法。不过这里说的是广义的光,而不是说的可见光(波长380~760nm)。

如果你再仔细想想,就会发现光子是个很奇怪的东西。光子是携带电磁波能量的点粒子,但是由它组成的电磁波却能弥散在空间中。

我们想象中的在空间中振荡的电磁波,其实不过是一个个光子的飞行;但电磁波却能绕过与其波长相近的障碍物前进,比如无线电波就能绕过大楼传播,那么光子是怎么从大楼中通过的?绕过去还是穿过去?

如果是绕过去,那这些粒子是如何判断前方有障碍物并从直线飞行改成绕射的?

电磁波的传播速度和光子的运动速度相同,都是光速c(约30 万km/s),如果光子发生绕射而电磁波还在以光速传播,那么光子在绕射时岂不是超过了光速?

如果是直线穿越,光子是如何保证不被吸收的?

目前,光是信息的载体这个假设依然成立(由于量子超距物理还没有能够提供确切的证据证明超距作用的存在。所谓的量子超距是指信息的传播跨越了距离的限制,但是到目前为止,只有疑似的证据),不过随着我们对事物认识得更加透彻,对事理的分析能力越来越强,一切我们不理解的现象和模糊的概念都会更加清晰可见,对信息的获取和处理方式也会有着翻天覆地得变化。就比如我们认识到了中微子,以后就有可能有中微子通信的发生。

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原文标题:什么?爱因斯坦也有搞不清楚的物理现象?

文章出处:【微信号:bdtdsj,微信公众号:中科院半导体所】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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