文／簡麗賢

學生抄寫一首五言絕句「蟋蟀即門歌，分人秋意多。山妻別山久，語是電磁波。」滿腹狐疑地問我：「老師，這詩人是否誤解聲波與電磁波？怎麼寫『語是電磁波』？」

這首詩語譯「蟋蟀就在門邊鳴唱，帶來許多秋天的意境。住在山裡的妻離開山林很久了，蟋蟀的鳴叫聲像電磁波傳遞思念訊息。」詩人引用蟋蟀鳴叫聲表達對妻子的思念，妻子如同傳遞電磁波訊息，讓詩人感受光速的思念。

理解學生的疑問後，我從科學角度說明：聲波不是電磁波，聲波需要依靠介質如空氣傳遞能量，電磁波不需要靠介質；聲波在空氣中的傳播方式為縱波，電磁波則屬於橫波形式。

聲波在空氣中的波速大約每秒345公尺，電磁波是光速，每秒約30萬公里，二者天差地別，相當懸殊。詩人或許是文學技巧的誇飾法。

電場磁場 交互作用

電磁波如何傳遞訊息？電磁波以光速穿越空間，將訊息送達基地台，再由基地台轉發到其他設備。此過程瞬息萬變，讓我們能隨時隨地保持聯繫。

電磁波的傳遞是基於電場與磁場的交互作用，在空間中以波的形式傳遞能量，其傳播方向垂直於電場與磁場的振盪方向。物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell）整合「庫侖靜電定律」、電流會產生磁場的「安培定律」、變動的磁場產生電場的「法拉第定律」，以及變動的電場產生磁場的概念，形成「電磁場理論」，變化的電場在其周圍空間可產生變化的磁場，而變化的磁場又產生變化的電場，二者相互交替而產生電磁波。透過天線以電磁波形式發出，另一端接收訊號，達到傳遞訊息的目的。

馬克士威以簡潔的數學語言統一描述電與磁的現象，是科學史上重大里程碑。他從理論計算預測電磁波在真空中的傳播速率，約為每秒30萬公里，這與當時已知的光速相同。因此馬克士威預測光就是電磁波。

由於變動的磁場可以產生電場，變動的電場可以產生磁場，所以即使遠離源頭如帶電體或磁極，彼此仍可以相互生成，不至於消失。電磁波就是這種相互生成的電磁場，如同產生水波、聲波都需要振盪的源頭，要產生電磁波也需要振盪的電流。

水波、聲波需要依賴介質傳遞能量，但電磁波則否，可在真空中傳遞，且其傳播速率與振盪頻率無關。由於電磁波振盪頻率極高，因此電流源也需要極高的振盪頻率，這是實驗裝置產生電磁波的困難之一；另一困難是如何以儀器偵測這種高頻、高速且看不見的電磁波。

19世紀末，德國物理學家赫茲設計出5千萬赫茲的高頻振盪電路，產生人造的電磁波，並且研究電磁波的特性如反射、折射等。

垂直振動 偏振現象

電磁波中電場與磁場的振動方向，與其行進方向垂直，此特性說明電磁波具有偏振（polarization）現象，定義電磁波中電場振盪方向為其偏振方向。藉由電磁波通過偏振片，使其產生單一偏振方向，當光通過鉛直偏振片後，只有鉛直偏振光，若通過水平偏振片後，則只有水平偏振光。由於電磁波是橫波，故其偏振方向與行進方向垂直，可分解成兩個相互垂直的線性偏振，因此利用一對相互垂直的偏振片，可以阻擋電磁波穿過。