คำว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายถึงวิธีที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMR) เคลื่อนที่ผ่านอวกาศ รูปแบบที่แตกต่างกันของ EMR นั้นแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นซึ่งแตกต่างกันไปจากหลายหลา (เมตร) ไปจนถึงระยะทางที่เล็กกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของนิวเคลียส ช่วงเต็มรูปแบบในการลดความยาวคลื่นจากคลื่นวิทยุผ่านไมโครเวฟแสงที่มองเห็นรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จนถึงรังสีแกมม่าและเป็นที่รู้จักกันในนามสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีการใช้งานมากมายทั้งในด้านวิทยาศาสตร์และในชีวิตประจำวัน
คลื่นแสง
ในหลาย ๆ กรณีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีพฤติกรรมคล้ายกับระลอกคลื่นบนน้ำหรือเสียงเดินทางผ่านตัวกลางเช่นอากาศ ตัวอย่างเช่นหากแสงส่องบนหน้าจอผ่านสิ่งกีดขวางที่มีช่องว่างสองช่องจะมีลวดลายของแสงและลายสีเข้มปรากฏขึ้น สิ่งนี้เรียกว่ารูปแบบการแทรกสอด: ที่ยอดของคลื่นจากช่องหนึ่งพบพวกมันจากอีกอันหนึ่งพวกมันเสริมกำลังอีกอันหนึ่งสร้างแถบที่สว่าง แต่ที่ยอดตรงกับราง แสงสามารถโค้งงอรอบสิ่งกีดขวางได้เช่นคลื่นทะเลรอบกำแพงท่าเรือซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อการเลี้ยวเบน ปรากฏการณ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงลักษณะของคลื่นแสง
สันนิษฐานว่านานแล้วเช่นเสียงแสงต้องเดินทางผ่านตัวกลางบางชนิด นี่ได้รับชื่อ "อีเธอร์" บางครั้งสะกดว่า "อีเธอร์" และคิดว่าเป็นวัสดุที่มองไม่เห็นที่เติมเต็มพื้นที่ แต่วัตถุที่เป็นของแข็งสามารถผ่านไปได้โดยไม่ จำกัด การทดลองที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับอีเธอร์โดยมีผลต่อความเร็วของแสงในทิศทางต่าง ๆ ทั้งหมดไม่สามารถหาหลักฐานใด ๆ ได้และในที่สุดความคิดก็ถูกปฏิเสธ เห็นได้ชัดว่าแสงและ EMR รูปแบบอื่นไม่ต้องการสื่อใด ๆ และสามารถเดินทางผ่านพื้นที่ว่างเปล่า
ความยาวคลื่นและความถี่
เช่นเดียวกับคลื่นในมหาสมุทรคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามียอดและราง ความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่เหมือนกันของคลื่นจากวัฏจักรสู่วงรอบตัวอย่างเช่นระยะห่างระหว่างจุดสูงสุดหนึ่งจุดหรือจุดยอดและจุดต่อไป EMR ยังสามารถกำหนดได้ในแง่ของความถี่ซึ่งเป็นจำนวนยอดที่ผ่านในช่วงเวลาที่กำหนด EMR ทุกรูปแบบเดินทางด้วยความเร็วเดียวกัน: ความเร็วแสง ดังนั้นความถี่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นทั้งหมด: ความยาวคลื่นที่สั้นกว่ายิ่งความถี่สูง
พลังงาน
ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าหรือความถี่ที่สูงขึ้น EMR จะให้พลังงานมากกว่าความยาวคลื่นที่ยาวนานขึ้นหรือความถี่ที่ต่ำกว่า พลังงานที่ดำเนินการโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดว่ามันส่งผลกระทบต่อสสารหรือไม่ คลื่นวิทยุความถี่ต่ำจะรบกวนอะตอมและโมเลกุลอย่างนุ่มนวลในขณะที่ไมโครเวฟทำให้พวกมันเคลื่อนไหวอย่างแรงมากขึ้น: วัสดุร้อนขึ้น รังสีเอกซ์และรังสีแกมม่าบรรจุหมัดได้มากขึ้น: พวกมันสามารถทำลายพันธะเคมีและเคาะอิเล็กตรอนจากอะตอมก่อไอออน ด้วยเหตุนี้จึงอธิบายได้ว่าเป็นรังสีไอออไนซ์
ต้นกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ความสัมพันธ์ระหว่างแสงและแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยผลงานของนักฟิสิกส์ James Clerk Maxwell ในศตวรรษที่ 19 สิ่งนี้นำไปสู่การศึกษา electrodynamics ซึ่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นแสงถูกมองว่าเป็นการรบกวนหรือ "ระลอกคลื่น" ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากอีเทอร์ที่ไม่มีอยู่จริงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเพียงอิทธิพลของอนุภาคที่มีประจุและไม่ใช่วัตถุที่จับต้องได้
งานต่อมาในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 แสดงให้เห็นว่า EMR ก็มีคุณสมบัติคล้ายอนุภาค อนุภาคที่ประกอบเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า โฟตอน แม้ว่าจะดูเหมือนขัดแย้ง EMR สามารถทำงานเป็นคลื่นหรือเป็นอนุภาคขึ้นอยู่กับประเภทของการทดลองที่ดำเนินการ เรื่องนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อคลื่นคู่ - อนุภาค นอกจากนี้ยังนำไปใช้กับอนุภาคของอะตอมทั้งอะตอมและแม้แต่โมเลกุลที่ค่อนข้างใหญ่ซึ่งบางครั้งก็สามารถทำตัวเป็นคลื่นได้
ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคเกิดขึ้นเมื่อมีการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม ตามทฤษฎีนี้“ คลื่น” แสดงถึงความน่าจะเป็นในการค้นหาอนุภาคเช่นโฟตอนในสถานที่ที่กำหนด ธรรมชาติที่เหมือนคลื่นของอนุภาคและธรรมชาติที่เหมือนอนุภาคของคลื่นก่อให้เกิดการถกเถียงทางวิทยาศาสตร์และความคิดที่น่าเหลือเชื่อ แต่ไม่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์เกี่ยวกับความหมายของมัน
ในทฤษฎีควอนตัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกผลิตขึ้นเมื่ออนุภาคย่อยปล่อยพลังงานออกมา ยกตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอนในอะตอมสามารถดูดซับพลังงานได้ แต่ในที่สุดจะต้องลดลงสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าและปล่อยพลังงานเป็น EMR รังสีนี้สามารถปรากฏเป็นอนุภาคหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการสังเกต
การใช้ประโยชน์
เทคโนโลยีที่ทันสมัยขึ้นอยู่กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วิทยุโทรทัศน์โทรศัพท์มือถือและอินเทอร์เน็ตพึ่งพาการส่งคลื่นความถี่วิทยุ EMR ผ่านสายอากาศพื้นที่หรือสายไฟเบอร์ออปติก เลเซอร์ที่ใช้ในการบันทึกและเล่นดีวีดีและซีดีเพลงใช้คลื่นแสงในการเขียนและอ่านจากแผ่นดิสก์ เครื่องเอ็กซเรย์เป็นเครื่องมือสำคัญในการแพทย์และความปลอดภัยของสนามบิน ในวิทยาศาสตร์ความรู้เกี่ยวกับจักรวาลของเราส่วนใหญ่มาจากการวิเคราะห์แสงคลื่นวิทยุและรังสีเอกซ์จากดาวฤกษ์และกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกล
อันตราย
ไม่คิดว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานต่ำเช่นคลื่นวิทยุเป็นอันตราย ที่พลังงานสูงขึ้นอย่างไรก็ตาม EMR มีความเสี่ยง รังสีไอออไนซ์เช่นรังสีเอกซ์และรังสีแกมม่าสามารถฆ่าหรือทำลายเซลล์ที่มีชีวิต พวกเขายังสามารถดัดแปลง DNA ซึ่งสามารถนำไปสู่โรคมะเร็ง ความเสี่ยงต่อผู้ป่วยจากรังสีเอกซ์ทางการแพทย์นั้นถือว่าน้อยมาก แต่นักถ่ายภาพด้วยรังสีซึ่งสัมผัสกับพวกเขาเป็นประจำต้องสวมผ้ากันเปื้อนตะกั่วซึ่งรังสีเอกซ์ไม่สามารถทะลุทะลวงได้ - เพื่อป้องกันตัวเอง แสงอัลตราไวโอเลตที่มีอยู่ในแสงแดดสามารถทำให้ผิวไหม้และยังสามารถทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้หากสัมผัสมากเกินไป
