Question

电磁波由什么组成，本质是什么样的

禁止告诉我电磁波是横波，从高深的角度，用一般普物学者听得懂的语言解释一下
我补充一下问题，结合我所了解的知识，作如下确切提问，
1，电磁波是磁场电场交替变换，我想知道如何交替变换的，最好能有示意图
2，电场磁场交替变换，那么波以怎样的方式向前行进，最好能有示意图
3，对于如上的电磁波的解释，如何与菲涅耳原理达成统一
ps我对这个问题十分想知道答案，所以，如果能得到满意解答，愿意给出最多300财富值进行悬赏，由于每个提问只能给200，我将在收到答案后加问新问题并打出100财富值

Answer 1

首先我不太清楚你在念什么阶段。。。
要说清楚电磁波，首先得说场的概念（法拉第提出的“力线”）。到底什么是场呢？首先，一个电荷，可以使周围的带电粒子感受到力，但即使周围没有其他粒子，空间的能量也存在（先别理会零点能）。现代科学提出场论的观点，目的在于除了将超距作用排除以外，还在于能将数学的方法引入到对空间的研究中。简单说吧，以前大家研究的方法是从力的角度去看待相互作用，这个观点根深蒂固，但是有严重的逻辑漏洞。，而用场来研究相互作用的话，数学上我们能处理更多的东西，甚至算出还未发现的东西，逻辑上也暂时无解。场并非是虚无缥缈的，他具备了一切的物质属性（不过其构成与现实物质不一样，你想了解可以追问），他有动量，角动量等一系列物质属性，现代科学也把场归入物质范畴）
时现在可以回答电磁波的问题了。首先，所谓波，顾名思义，就是一种周期变化的描述。电场和磁场的周期变化，你得先有这个概念。电磁波，说白了就是MAXWELL方程（二阶偏微分）的一般解的形式。maxwell方程是通过电磁场理论的最基本的东西推导出来（严格说是总结出来）的，所以他的解表达了变化的电磁场的一般发展规律，即交变互生。如果你数学的看他，就觉得没什么而已，不过是解具有波动的形式罢了，但物理学家喜欢找解的物理本质（存在即合理的世界观），因而他们想方设法的将场的理论发展起来，形成了一整套完整的体系。如果你学物理专业的话，大三就可以接触到了，不过我给你提个醒，数学上的难度将会远远大于物理上的理解（记住是远远大于）。
最后纠正一下，说电磁波是横波的你不用理会了，因为maxwell方程的解如果考虑上边值条件和初始条件的话，往往很难是完美的横波（比如介质内，金属表面等），一般都会有衰逝，绕旋等非线性情况。所以虽然横波在数学上好处理又好看，但在实际科研中最多用来一阶近似，用途不大。非线性的电磁分析才是王道。
有什么不清楚的尽管追问，我不会的我也会帮你问教授的。

追问

我补充一下问题，结合我所了解的知识，作如下确切提问，
1，电磁波是磁场电场交替变换，我想知道如何交替变换的，最好能有示意图
2，电场磁场交替变换，那么波以怎样的方式向前行进，最好能有示意图
3，对于如上的电磁波的解释，如何与菲涅耳原理达成统一

追答

图的话在书上啊，任何一本电磁学或电动的都会有的。我简单描述一下真空中的平面电磁波的特性：电场分量和磁场分量同屏率，同相位（这点很神奇对吧），方向彼此垂直，振幅满足E=CB，C是光速。传播的方向由K=E叉乘B决定，K是波矢。

另外，你所说的fresnel的原理具体是哪个？他有涉及电磁理论的，也有的只是横波理论的。

==我在wiki上给你找到图了。。。。

追问

次波的那个原理
问想问的是一个由电场磁场交替变换的东西，为什么能传播呢

追答

好吧次波原理是fresnel最基本而直接的原理，并不涉及电磁理论（当初他提出时），适用于一切波动。但现在用严谨的眼光看来的话，次波叠加的原理必须要涉及到物质微观尺度的详细研究，才能完全的适应新的实验现象，特别是非简谐波，这点尤为重要（但是现在看来似乎没什么人在做这块，至少救我能接触到的人来说）。如果你硬要让我给个回答的话，我只能说，次波的理论与电磁理论完全是兼容的，不过绝非是fresnel当初提出的表述那样那么简单（但他的思想我觉得是没有问题的）。
至于你说电磁波为什么交替会往前传播，我只能说数学上二阶波动方程解出来就是这样的（方程是由电磁理论得到的，其解也必定不会违背物理规律，至于解的形式为何如此，只不过你以前不了解而已，就像maxwell方程的解当初也被当成是“预言”一样），至于物理上的解释任何一本课本都有。

追问

抱歉，我又查了一下是惠更斯，不是菲涅尔

你说的那个方程我看过，个人感觉，那只是符合Maxwell方程的一种形式，没有一个形象化的，关于电磁的变换如何传播的说明，所以想问一下，从微观来讲，电磁的变换如何传播，包括你所说的，电场分量和磁场分量同相位该怎么解释。
我曾经抱有这样一种疑问：按照量子化的观点，光线只能以特定的能量大小的整数倍来传播，假设这条光波经过一个衍射孔，你说他该怎么传播？

追答

额，好吧，我也忘了是huygens。。。

其实关于电磁波的传播问题，你可以这么想：如果电磁波的源头（扰源）能维持扰动，持续的提供能量，那么电磁波就必须得往外传播，不然源附近的能量密度会变得极大。maxwell方程里，其形式解是简谐的，其中就包含着扰源维持稳定的边值条件。当然这是能量的观点去理解，要直观的话，我觉得若你对场论有一定了解的话，你就这么想：场论认为相互作用为场的作用，即发生相互作用的物体他们激发出的场在互相交换介子，而光子作为电磁作用的介子，其本质上可以看成是电磁波包络，而包络是无法停留的，所以，当场源激发交变电磁场时，就只好传播了（这样解释很生硬）。。。ps：其实把他当成是数学的结果就好了，心理上就不会别扭。
至于电磁两个分量振幅与相位的关系，完全是数学的结果（利用四个基本方程简单推导得到）。
至于量子的观点，没有任何奇怪的地方：光子通过衍射缝的行为测量是早期量子力学的一个基本问题，有无数人研究过了，包括什么隐变量理论（一个著名错误理论）等等，详细的话我去找一个报告给你看。（英文没问题吧）

不好意思，那篇paper似乎被我删了。。。你去google scholar搜一下惠勒延迟选择实验（经典的）吧，或者wiki一下了解就行，然后有什么不懂的再问我。

追问

其实我对这些有一个自己的想法，从方程就可以看出，E是H的一阶偏导，H又是E的一阶偏导，他们来回变换，必然是简谐运动，方程上也很符合波的形式。这些看起来都是理所当然的，只是我初学电磁波的内容，不太了解他们是怎么变的，比方说E变小了，在哪个地方会产生H？产生的H变化又会产生E，这个新产生的E又在哪里？是否他们不断地在波的方向上产生，宏观上来看就是电磁波的传播？您说见过的论文中有没有写关于这个的？

追答

哦，好吧，我理解错你的意思了。
我们平时在书上看到：“变化的**场周围激发出**场”，这么说其实有点问题，比如说，一个单方向的电场在简谐变化，其垂直方向上感生的磁场（用H或B都一样，只不过差个系数而已，对真空而言），这是由电磁理论最基本的部分得到的规律，也被无数的实验验证了。至于你说“比方说E变小了，在哪个地方会产生H？产生的H变化又会产生E，这个新产生的E又在哪里？”估计你还没正式学习电磁学吧，这些都是最基本的，我告诉你还不如你去看教材。

还有你不用敬称“您”，我也还在念书，估计没比你大多少呢。哈哈。

Answer 2

首先，电磁波是横波是毋庸置疑的。生活中到处都是电磁波：你家的wifi，手机的信号，你用的电脑等等。。

其实最常见的，光就是电磁波。
要了解电磁波的传播方式，首先要了解电场和磁场的几个基本定理：电场高斯定理，磁场高斯定理，电场环路定理，安培环路定理和法拉第电磁感应定律。
法拉第电磁感应定律揭示了磁生电的规律。高中知识，不多赘述。
在恒稳情况下，经典安培环路定理是由电流的连续原理来保证的。然而在非恒稳情况下，安培环路定理需要在方程中增加“位移电流”这一项，来保证以同一边界曲线所作的不同曲面上的电流相同。位移电流和传导电流（普通导线中流过的电流）合在一起称为全电流，而全电流在任何情况下都是连续的，只要边界相同，它在不同曲面上的面积分总是相等。
位移电流是恒稳安培环路定理推广到非恒稳状态的修正项，虽然名字叫“电流”，但实质上是变化的电场。也就是说，变化的电场也可以激发成磁场。
那么结合之前提到的几个定律，可以发现电场磁场可以交替变换并且互相激发并在空间中传播，这也就是基本的电磁波的概念。

电磁波的物理性质如下
电磁波电场矢量E和磁场矢量H互相垂直
电磁波传播方向k和E，H形成的平面垂直
E和H同相位
E，H，k 三个矢量形成右手系
E和H振幅成比例，E比H的比值为根号下磁传导率除以介电常数
电磁波的传播速度为根号下磁传导率乘以介电常数的倒数，也就是光速
电磁波的这些性质均可由麦克斯韦方程组一一导出。

在量子力学中，电磁波的能量被设定为波包的传播形式，也就是说能量是离散的，而不是像经典理论认为电磁波的辐射能量可以被连续发射和吸收。之所以如此做，是普朗克在推导黑体辐射公式时做的假定。这样做避免了维恩在长波处的预测不符和瑞利-金斯在短波处的预测不一致。
而基于能量的不连续性质和后来德布罗意波的提出，波粒二象性随后被发现。电磁波传播的基本粒子-光子也是如此。波粒二象性并不是说这个东西是粒子或者就是看不见的波了，而是一种较为复杂的性质。如果我们在衍射实验中降低入射电子流强度，照片上就会显示出一个一个的小点子，显示出电子的微粒性，不过当实验继续进行，小点数量增多后，照片上就分布形成衍射图样，显示出电子的波动性。
在衍射很小的地方，波的强度很小，粒子被投射到此处的几率也是0，所以波函数被用来描述粒子在空间中任意一点出现的概率。考虑到粒子的动量和能量随周围力场的变化，我们用复数波来描写，函数振幅绝对值的平方是粒子在空间中任意一点出现的几率。除了表示位置，经过数学变换，波函数还可以表示粒子在动量空间上的分布概率等等。

欲知全部内容，请自行学习电磁学，量子力学。

Answer 3

电磁波，由电磁振荡产生，由依次变化，互为因果的变化电场和变化磁场组成，本质是一种能量
电磁波在真空中以直线光速传播，“某人”也曾纠结于此物多年，为此选择了“物理系”“光电专业”，遇到的有关问题有“为什么电磁波会有粒子性”“为什么电磁波无法静止下来”“为什么物质会有波动性”“为什么会有隧道效应”“为什么会泡利不相容”“为什么会有光速，什么物质不会超光速，为什么质量=能量”“物质微粒的真正内部结构是怎么？”，“为什么我们只学习经验公式，却不了解原理”，但是教授告诉我们：“不要问我为什么，因为它就是这样的，因为连量子力学的鼻祖也不了解量子力学。”
但我希望楼主继续努力，来解答这些为什么，也许我确信我已经找到答案好多年了，虽然能解决以上问题，但又能推出“爱因斯坦质能方程的不完全正确性”，所以不敢写下来，不敢在这里献丑了……

Answer 4

别人已经给了很专业的回答，我不妨给个通俗的回答。
电场和磁场是可以相互产生的场，类似于一对孪生兄弟，它们可在空间中传播。
当电场或磁场的强度发生变化时，就会产生电磁波。就像空气场发生振动时，就会产生声波。
电磁波的转播类似于水波的传播，只不过水波是在一个平面上传播，而电磁波在空间中传播，水波是由于水的起伏而形成，而电磁波是变化的电场和变化的磁场相互激荡产生，水波的速度慢，电磁波的速度快（光速）。
电场和磁场交替变换，是按照电磁感应的规律进行的，因此二者方向垂直。
由于它们是孪生兄弟，所以统称为电磁场，并不纠结于此时到底是电场还是磁场，因为这样没什么实际意义，于是我们统称其为电磁波。
既然是波，那么就会满足衍射和折射等规律，在这些规律中，障碍物与波长的尺寸大小会影响效果。

Answer 5

电磁波的本质是电场和磁场的交变激发和空间传播。

场是一种特殊的物质，是物质的连续态。场原来是一个数学名词，意为：以空间坐标为变量的函数。物理上用场的概念来表达力的空间作用。

电磁场在真空和空气以光速传播。而在介质中的速度则和介质的介电常数有关。

电磁场有其固有的质量，能量和动量。那些喜欢说什么静止质量为0的都可以自己去吊死，电磁波会静止么？它永远是光速的。

电磁波没有一般意义上的体积。它的具体理论可以参照量子理论来解释。但是直到目前，我们的理论仍然无法解释所有的现象，因此，物理学还有很多地方值得人们去探索。