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机械波与电磁波

机械波是周期性的振动在媒质内的传播，光波是周期变化的电磁场的传播.物质波既不是机械波，也不是光波，即因为光波有周期性，在空间的分布能测定其位置与时间的关系，所以光波不是物质波（几率波）.

在当前物理学观念中，波一般划分为三类：第一类是经典介质波，在日常生活中极为多见，譬如水波、声波等等.这类波的产生有两个必要条件：介质和振源.波动方程的经典形式为（1.1），其中代表波速，是一个常数，不能分解和迭加.它由介质的性质决定，与振源无关.当空气温度为摄氏零度时，空气中声波的速率为331m/s，而空气分子的最可几速率是395m/s，平均速率为445m/s，方均根速率为485m/s，空气分子是超声速分子.

在宏观世界，粒子主要表现为引力质量，一个粒子在某地，它就不能同时在另一地，一地被一粒子所占据，另外的粒子就不能占据.机械波是引力场的表现形式，一列波通过某地，另一列波同样也能通过某地，两列波在同一地点是可以叠加的.

第二类波是光波，方程（1.2）中，为定值，不存在速度迭加.1905年爱因斯坦提出的“光量子”理论，通过赋予电磁场粒子性的方案；“使得光的瞬时效果表现粒子性，而时间平均效果表现波动性”；“电磁场以独立物理实体的地位，能够从源发射出来并且在空间不耗散地传播”.^【1】

洛伦次变换站在纯粹数学的观点来看，其实是场变换，把相对论称为场论没有错.场和波是天生的一对，场是波的运动空间，二者都是四维.当然，常见的定态场都是三维的.连续介质力学、柔性力学、结构力学、流体力学、电动力学、旧量子力学，其中的很多定态场都是三维的，自然其中的方程也就都不遵守洛伦次变换了，其中涉及到的定态波也是三维的.当然，场也可以是二维、一维的，甚至是0维的.

麦克斯韦（Maxwell 1855～1862）于1862年提出，光是依“以太介质”传播的电磁波，定名为“光的电磁说”，附图见图1。在他的电场图里没有正电和负电的标记，磁场图里没有标出磁力环的位置和方向；而且现在已经证实 “以太介质”，并不存在。可见他的“光的电磁说”不符合实际。

图 1.   麦克斯韦光波的电场和磁场

另有认为电磁波是〝做加速运动的电荷在其周围空间产生变化的电场，变化的电场又产生变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场，这样互相激发，………就在空间产生了电磁场的传播，即电磁波〞。所附电磁波图与麦克斯韦光波的电场和磁场图近似﹙引自吴百诗主编2005《大学物理基础（下册）》，第222页﹚，并无符合实际的发展。

坡印亭（Poynting）于20世纪初提出电磁波的能流矢量，称坡印亭矢量。其矢量式S＝E×H（E是电场强度，H是磁场强度）。将坡印亭矢量S规定为“电场强度E与磁场强度H之积，虽然迎合麦克斯韦电磁波的强度，因未说明“电场是正电的或负电的及磁场的磁力线环的位置和方向”？使使坡印亭矢量S成了空虚的词汇，并无实用价值。

场根据数学可以分成矢量场和标量场两大类.以经典力学的观点看，场和波是天生一对；粒子和波则是天生的对头.宏观粒子的维数最多是3；宏观波的维数最多是4.有波的存在则一定有场的存在.反之，则不一定.有粒子的存在则一定有场的存在.反之，则不一定.波和场的空间属性和时间属性都是全域性的；而粒子的空间属性和时间属性则是局域性的.

以量子力学的观点看，波-粒-场三者是天生的三胞胎.空间维数都是四.波的存在是场存在的充要条件.波和场的空间属性和时间属性是全域性的也可以是局域性的；而粒子的空间属性和时间属性既可以是局域性的也可以是全域性的.不论是以经典力学的观点看，还是以量子力学的观点看，波-粒-场三者的关系是现有全部物理学所有分支的基本家当.对于光波、物质波，在实验上微观与宏观没有截然的界限，也没有任何区别.对于粒子，在实验上微观与宏观有截然的界限，区别明显.宏观粒子都是三维的性质的，没有波动性，尽管流行的做法是根据海森堡的测不准关系，说宏观粒子的波动性很小，比如地球、太阳等等.

参考文献：

【1】董光璧  等 著.世界物理学史吉林教育出版社，1994年.