03.04 電磁波的頻率有上限嗎?上限是多少?

星宇飄零2099


答:如果考慮普朗克長度的話,電磁波是存在極限波長的,也就對應一個頻率上限。


電磁波可以看成許許多多的光子,每個光子對應於一個頻率,頻率越高,光子的能量越強,單位時間內電磁波攜帶的信息也越多,這也是5G網絡比4G網絡快的原因。

可見光的波長在380nm~780nm之間,波長更短的光依次為紫外線、X射線、γ射線;γ射線指波長短於0.001nm的光子,其穿透力極強,對人體細胞有著非常高的殺傷力。


光速c是恆定的,與波長λ、頻率ν之間的關係為:

c=ν*λ;

從公式上看,光的頻率上限沒有限制,從零到無窮大都可以;如果考慮量子力學限制,就存在普朗克長度,普朗克長度表示我們宇宙最小的有意義的長度,大約是1.6*10^-35米。

理論上光子的波長不能小於普朗克長度,那麼對應的頻率為:

ν=c/λ≈1.88*10^43Hz;

此時光子的動質量為:

△m=hν/c^2≈1.4*10^-4克;

這個質量已經比以發現的所有基本粒子質量還高很多數量級,甚至比一粒灰塵的質量還高,難以穩定存在。


在2016年,歐洲大型強子對撞機制造出來750千兆電子伏特的超高能光子,對應頻率為1.8*10^26Hz,與光子的理論極限還差了17個數量級;但是生成的超高能光子存在時間極短,然後衰變為其他粒子。

目前解釋我們宇宙基本粒子情況的最佳理論是標準模型,但是該理論無法解釋我們宇宙中所有的現象,比如暗物質的就是標準模型無法解釋的,製造高能光子可能會生成一些未被發現的基本粒子,為高能物理的研究提供資料。


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艾伯史密斯


這裡要先弄清楚,你說的“電磁波”是廣義的電磁波,還是可無線發射的電子震盪所產生的電磁波。

如果是前者,就未知有沒有上限,因為宇宙還有多少射線未發現,不得而知……

但如果是後者,供無線發射的電磁波是有上限的,因為電路中元器件的電子偏移速度是有限度的,當速度到達極限時,躍遷或偏移速度跟不上頻率電場的變化,也就等於無法傳遞這個電場,也就無法產生大於這個頻率以上的電磁波啦。


新會譚生


電磁波的頻率有上限嗎?上限是多少?

從理論上來看似乎電磁波並沒有一個頻率的上限,但從量子力學的較多來看,它卻有一個上限,那麼這個上限是多少呢?這我們得從電磁波的波長與頻率之間的關係來確認下這個高點在哪裡!

電磁波頻段看得眼花繚亂,但這都不重要,上圖有一個關鍵的公式:

c=λ×f

即:光速=波長×頻率

而這當然波長和頻率變化時候,它們遵循相乘等於光速的原則!因此只要隨意調節無限小的波長就能達到無限高的頻率,但這時候普朗克長度出來搗亂了!

普朗克長度:有意義的最小可測量長度,它有光速以及普朗克常數和引力常數所決定,約等於1.6×10^-35M

即波長能小於普朗克長度:1.6×10^-35M,那麼很自然最高頻率就決定了!是多少呢?

約為:1.88×10^43Hz

這個光子具有多大的能量呢?

ε = hυ

h表示普朗克常量,v是電磁波的頻率。

h=6.62607015×10-34 J·s

那麼ε = 12457011882J

2016年,歐洲強子對撞機LHC製造出了高達750千兆電子伏特的超高能光子,換算成焦耳大約只有:0.00000012J

距離顆差的不止一星半點,而是NNNN個數量級,這也許在只有在宇宙大爆炸時產生的光子才能達到這個級別!

但無論哪個,到這個級別的統統都成為超高能射線!

紫外線:10^8HZ以上

X射線:10^11HZ以上

γ射線:10^15HZ以上

LHC的超高能750KMeV的光子頻率在10^26HZ以上

波長為普朗克長度的光子頻率達到了10^43HZ以上

從紫外線開始到光子頻率的天花板,統統對人體有害,而且與頻率高低成正比,也許只能堅持到X射線,γ射線估計當場得掛!當然拋開劑量談危害統統都是流氓,這樣比喻這是描述下高能光子對人類的傷害程度!


星辰大海路上的種花家


問題挺好,很難。突破點是對“c,h”兩個宇宙常數的正確理解。

其一:對波速的常數c的正解

根據:c²=1/ε₀μ₀,光速是場介質或光量子固有的ε₀μ₀或震盪特性。光速與光源功率無關。

根據:c=fλ,光波的頻率或波長,取決於光源的激發功率。頻率與波長被限制在光速c範圍。

根據:c²=dp/dρ=B/ρ,音速c取決於實體介質的剛度B與密度ρ,音速與聲源功率無關。

根據:c=fλ,音波的頻率或波長,取決於聲源的激發功率,音頻與波長被限制在音速c範圍。

顯然:速度常數越大,頻率越高。只有以光速震盪的場介質之光子,才可能有上限頻率。

其二:哪些粒子可以光速運動呢?

首先明確一點:光子與電子或質子是截然不同的兩類粒子。

光子是空間或場的計算單元。光子與光子之間是沒有空隙的連續分佈,光子在光波中原地震盪而無微移。

電子是最小質量的實體粒子。電子與電子之間是相隔甚遠的離散分佈,電子運動總是在激發空間光量子,即激發電磁波。

質子是最大密度的實體粒子。質子與質子之間是相隔甚遠的離散分別,質子運動總是在激發空間光量子,即激發電磁波。

光子以光速自旋或震盪,光子之間又以光速依次推湧,是固有的真空波。

根據:½mv²=ke²/R,核外電子通常以 αc,即v=0.00729c=2200km/s繞繞核做橢圓運動。其間,原子核的平均座標是橢圓的一個焦點。

電子的繞旋,從有近核點進動連續變化到遠核點進動。主控速度大約是αc。

原子核的電荷(Ze或e⁺)也在震盪,因此電子自旋軸會翻跟斗,平均每繞核2圈反轉2次。導致銀原子經過磁場後有分道揚鑣的譜線分佈。

在大型強子對撞機作用下,自由電子與自由質子,皆加速到0.999...9c≈c。但α粒子不能。

中子衰變的β射線即電子線,也可以v≈c速度飛出。恆星熱核反應釋放的質子線,可能以v≈c速度飛出。

基本結論是:只有電子/質子/電中微子是可能以光速運動的實體粒子,而中子與氦核不能。

其三:普朗克常數的適用條件

根據:h=mcλ=mc²/f,凡是質量為m的實體粒子,必須具備能以光速運動,此時它激發的光子波長頻率,符合普朗克常數的上限範圍。

因此,普朗克常數公式只適合光子(γ)、電子(e)、質子(p)與電子中微子(ve)。其中,質子的質量最大,故自然界可能實現的上限頻率為:

f(p)=m(p)c²/h=2.27×10²³[Hz]

當然,若超大型強子對撞機或超大恆星熱核反應果真把α粒子加速到光速c,理論最高頻率可能為:f(α)=m(α)c²/h=4f(p)=9.1×10²³Hz。

備註:兩個不靠譜的說法

1.關於德布魯伊物質波

德布魯伊物質波公式:λ(d)=h/mv...(1),本意是指,任意質量m的實體以速度v運動,是一種概率波,其頻率:f(d)=mvc/h...(2)。

公式(2)的困惑是:

大質量宏觀實體運動參數,涉及光速c與普朗克常數的函數關係顯然是不自洽的。

因為宏觀物體的動力學參數只適合涉及引力常數G,與只適合微觀粒子的c&h毫無關係。

按公式(2)計算頻率一定是匪夷所思的。例如:太陽以250米/秒繞銀心運動,其物質波頻率:f=mvc/h=2.26×10⁷⁷Hz。

再如:1噸飛機以1千米/秒飛行的物質波頻率為:f=mvc/h=4.52×10⁴⁸Hz。

這也不得不要求我們,必須對概率波理論、波粒二象性學說、(所謂)不確定原理重新審視。

2.普朗克單位制

哥派量子論與愛氏相對論,存在概率波不自洽,下面的普朗克單位制下的五個基數:

①長度單位=1.616252×10⁻³⁵m,

②質量單位=2.17644(11)×10⁻⁸kg

③時間單位=5.39124 ×10⁻⁴⁴s

④電荷單位=1.87554573×10⁻¹⁸C

⑤溫度單位=1.416785×10³²K,

這些從來不被用於應用物理的各個環節,只不過是理論家高大上然並卵的意淫而已。

結語

不管是自然界還是工程界,電磁波的上限頻率不會突破2.27×10²³赫茲。量子力學的部分理論,有必要在科學界與教科書重新審視。建議把這些玩意列為小字體的參考資料。

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物理新視野


單個光子質量不能超過1普朗克質量(動質量,光子無靜質量),即2.18x10^-8千克。一個光子的動能量不能大於等於普朗克質量。。頻率=光子能量÷普朗克常量,其中:光子能量=光子質量x光速平方,普朗克常量=6.62607×10^-34 焦.秒,因此光子的極限頻率為2.18x10^-8 x 9x10^16 ÷6.62607×10^-34 =2.961×10^42赫茲。


refract


電磁波具備波的基本屬性,即相同或相近頻率的波在錯位一個波長的1/N互相干涉時,就可以得到一個更高頻率的波,因此,只能使波長達到不可分割的時候才能得到最高頻率,即無論如何疊加,波都是完全重合的,也就不可能再增加,以人類的認知極限,這個波長就是一個普朗克長度,但普朗克長度是否可以再分哪?這裡就涉及一個詭異的問題,即如果長寬高都是普朗克長度的極限立方體,其對角線是多少哪?2個普朗克長度,也只有這樣才會使普朗克長度無法再分,但與想象的結果不同,詭異吧,因為無法求證,所以沒有結果。


一名普通老百姓



手機用戶54578927414


原理上沒有上限,技術上實施就有困難了,


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