电磁波的波长越长频率越高吗,电磁波频率与波长的关系

首页 > 健康 > 作者:YD1662022-11-24 09:53:01

麦克斯韦(James Clerk Maxwell)| 图片来源:Wikipedia

1931年,爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)在纪念麦克斯韦诞辰100周年的庆典中,提出了“麦氏纲领”:用场来描述物理实在,用偏微分方程来解释场,经典的场理论应当作为量子法则的出发点,没有它就没有量子论。正是麦克斯韦的这些思想,启发了爱因斯坦的灵感。[10]

与弗莱克斯纳这段著名的“有用和无用之论”相似,还有个故事值得一提。

诚然,麦克斯韦是电磁场理论的提出者和集大成者,为人类理解自然界做出了无以伦比的贡献,而他的理论研究是建立在法拉第(Michael Faraday,1791-1867)的基础之上。

法拉第家境贫寒,未接受过学历教育,凭借刻苦自学和勤劳智慧在电磁学和化学等领域做出了杰出贡献。他为人质朴,不图名利,不但放弃有丰厚报酬的商业性工作,还谢绝了英国皇家学会会长职位和爵士封号,以平民身份终生在皇家学院实验室工作,只为探究科学真理。

电磁波的波长越长频率越高吗,电磁波频率与波长的关系(9)

法拉第(Michael Faraday)| 图片来源:Wikipedia

1837年,法拉第引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1838年,他提出了电力线这一新概念来解释电、磁现象,这是物理学理论上的一次重大突破。1843年,法拉第用有名的“冰桶实验”,证明了电荷守恒定律。1845年,他发现了“磁光效应”,用实验证实了光和磁的相互作用,为电、磁和光的统一理论奠定了基础。法拉第和他的先辈一样,研究电和磁是为了了解自然,是为了追求真理,而不是实用。

十九世纪50年代的一天,新上任的财政大臣格莱斯顿(William Ewart Gladstone 1809-1898)[11]到英国皇家学院听法拉第的电磁学讲演,临走时他问道:“可是法拉利先生,这到底有什么用呢?”法拉第回答:“部长先生,说不定过不了多久,你能够收它的税呢!”几十年后,电果真成了实用的东西,英国政府果真收起电税来。[12]

科学家法拉第和政治家格莱斯顿当时恐怕想象不到,一百多年后,由电磁学发展出来的技术应用,还让政府收了一大笔数额更加可观的“税”——就是上文说到的无线电频谱资源使用费。

结语

的确,理论研究是应用和开发的前提,如果没有理论做为基础,就没有后面的技术实现、工程应用、市场转化和价值分配了。1864年,麦克斯韦从理论上预测了电磁波和电磁场的存在,计算推导出电磁波与光具有同样的速度。这些预言在20多年后被赫兹的实验完美证明,赫兹验证了真理,却没有想着去应用。又过了20年,马可尼和波波夫们才开始真正地把无线电用起来。到了20世纪末,无线电频谱资源的市场化分配及其经济价值的体现,也由科斯定律作为理论基础,在几十年前预见了。无线电就是这样一步步走来的。希望诸位能更加重视基础理论研究,通过返朴于扎实的基础理论,往往能引导出不穷的创新实践。

人类对火的认识、使用和掌握,是认识和改造自然的第一次实践,人类从此告别了茹毛饮血的蒙昧时代,拉开了文明的序幕。对于无线电波和电磁场这种看不见摸不着的特殊物质,从其孕育(理论预见),到出生落地(实验证实),再到茁壮成年(广泛应用),历经几代人百余年的薪火相传,如今已燃就熊熊大火。我们不得不说,这是人类认识和改造自然的又一次巨大飞跃!

注释及参考文献

[1] 2013年1月14日,联合国大会批准联合国教科文组织的提议,将2月13日(联合国电台于1946年这一天成立)作为世界无线电日。

[2]依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》(2018年版)1.1.4 无线电波是指频率规定在3000GHz以下,不用人造波导而在空间传播的电磁波。

[3]龙卫球,夏春丽,《无线电法国别研究》,法律出版社,2014年8月第一版,P2

[4] 国际电信联盟(International Telecommunication Union,简称ITU,国际电联)其前身为国际电报公约组织,是联合国机构中历史最长的一个国际组织。

[5] The Federal Communications Commission Journal of Law and Economics 2 (October 1959): 1-40

[6] 杨伟峰,《无线电频谱资源的巨大价值》,《无线电》杂志,人民邮电出版社,2019年5月刊,P61

[7]刘博杰,李艳平,《马可尼1933 年的中国之行》,广西民族大学学报( 自然科学版),2008年8月

[8]普林斯顿高等研究院(Institute for Advanced Study),简称IAS,1930年成立于美国新泽西州普林斯顿市,是世界著名理论研究机构,但并不是普林斯顿大学的一部分。普林斯顿高等研究院是各个领域的最一流学者做最纯粹的尖端研究,而不受任何教学任务、科研资金或者赞助商压力的研究机构。早期著名学者有爱因斯坦、冯·诺依曼、哥德尔、奥本海默。

[9] Abraham Flexner:1939.“The Usefulness of Useless Knowledge”. Harper's Magazine.

[10] 许良英等译:《爱因斯坦文集》第一卷,商务印书馆,1976年,P292

[11]格莱斯顿是英国著名的政治家,1853年任财政大臣,其后曾四次出任英国首相。格莱斯顿是美国总统伍德罗·威尔逊的偶像,被学者排名为最伟大的英国首相之一。

[12]秦关根著:《法拉第》,中国青年出版社,2010年,P286

电磁波的波长越长频率越高吗,电磁波频率与波长的关系(10)

原标题:从「无用」的理论到「有用」的技术,无线电是怎样成为文明标志的?|无线电日专稿

来源:返朴

电磁波的波长越长频率越高吗,电磁波频率与波长的关系(11)

编辑:小林绿子

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