电磁波：看不见的隐形快递员

把一块小石子丢进平静的池塘，水面会荡起一圈一圈向外扩散的波纹。抓住一根长绳子的这头上下抖动，你会看到一个个‘鼓包’沿着绳子跑到另一头。波（wave），就是振动从一个地方传向另一个地方的过程。请注意：绳子本身并没有向前跑，跑过去的是‘振动’。

为了描述波，科学家给它的各个部分起了名字：最高的地方叫波峰（crest），最低的地方叫波谷（trough）；相邻两个波峰之间的距离叫波长（wavelength）；波峰比平静水面高出多少，叫振幅（amplitude），它代表振动有多‘猛’。下面的图把这些名称标了出来。

还有一个重要的量叫频率（frequency）：每秒振动多少次。频率的单位是赫兹（hertz，简称 Hz），1 Hz 就表示每秒振动 1 次。抖动绳子越快，跑出去的波就越密——波长变短、频率变高。你可以拖动下面的滑块，亲手试试看。

磁铁能让旁边的铁钉动起来，虽然它们没有碰到——磁铁周围有一片看不见的磁场（magnetic field）。摩擦气球后，气球能吸起小纸片——带电物体周围有电场（electric field）。磁场和电场都看不见，但它们都真实存在。

大约 150 年前，物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）用数学算出：变化的电场会产生磁场，变化的磁场又会产生电场。它们像一对好朋友，互相推着对方往前走，越传越远，就形成了电磁波。后来，科学家赫兹（Heinrich Hertz）在实验中真的制造并接收到了电磁波，证实了这个想法。

你天天见到的光（light），其实就是一种电磁波。阳光、灯光、手机屏幕的光，都是电场和磁场振动着跑到你眼睛里的。

声音（sound）要传出去，必须有东西帮忙：空气、水、木头都可以当‘跑道’，这些‘跑道’叫介质（medium）。在真空（vacuum）里，比如月亮上没有空气，宇航员面对面大声喊也听不见。

电磁波不一样，它不需要介质。太阳离地球大约 1.5 亿公里，中间几乎全是真空，阳光却能穿过这段空荡荡的路，只用大约 8 分钟就来到地球。你的手机信号、遥控器发出的波，也一样能在真空中飞。

所有的电磁波在真空中都跑得一样快，这个速度叫光速（speed of light），大约是每秒 30 万公里——1 秒钟能绕地球赤道 7 圈半！下面的小实验会带你对比：声音和电磁波在真空中有什么不同。

电磁波按波长从长到短排成一队，就是电磁波谱（electromagnetic spectrum）。它们本质上是同一种波，只是因为波长（和频率）不同，模样和用途大不一样。

大家族里主要有七个成员：无线电波（radio wave）、微波（microwave）、红外线（infrared）、可见光（visible light）、紫外线（ultraviolet）、X 射线（X-ray）和伽马射线（gamma ray）。从左到右，波长越来越短，频率越来越高。

还记得吗？所有电磁波在真空中的速度都相同，都等于光速。那波长和频率之间就有一个‘跷跷板’关系：波长越长，频率越低；波长越短，频率越高。因为它们乘起来必须等于不变的光速。

这里的 是光速（约 米/秒）， 是波长， 是频率。无线电波波长很长（有的像足球场那么大），所以频率很低；伽马射线波长极短（比原子还小），所以频率极高。

频率越高，波携带的能量（energy）也越大。所以无线电波、微波、可见光能量低、比较温和；而紫外线、X 射线、伽马射线能量高，用得不对就可能伤害身体。

看看这些成员在你家是怎么干活的：

• 无线电波：广播、电视、手机通话、对讲机；
• 微波：微波炉加热食物、WiFi、蓝牙；
• 红外线：电视遥控器、暖灯、热成像；
• 可见光：你看到的所有颜色；
• 紫外线：杀菌消毒、让皮肤晒黑（晒多了会伤皮肤）；
• X 射线：医院拍片子看骨头、机场安检；
• 伽马射线：医院治疗某些癌症、来自宇宙的射线。

大多数电磁波对我们很友好：手机、WiFi、收音机用的无线电波和微波能量很低，正常使用是安全的，不用害怕。真正要小心的是能量高的几种。

紫外线：夏天长时间暴晒会晒伤皮肤，出门可以涂防晒霜、戴帽子。X 射线和伽马射线：医生让我们拍 X 光片时会用铅衣保护身体其他部位，因为过量照射有伤害；我们普通人平时接触不到太多，也不用担心。另外，微波炉有金属外壳把关，微波被‘关’在里面，所以隔着门看是安全的。