无线电波都属于“非热辐射”，由物质中带电粒子的变速运动产生的。具体说带电粒子的运动形成电流，电流变化，形成变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场，于是辐射出无线电波。

谈谈电磁波（能量子，光子）

吕学山

对外经济贸易大学 信息学院 北京（100029）

E-mail：lvxsh@china.com.cn

摘 要：文中指出电磁波的实质是物质发生变化时释放出的能量，同时简要阐明了电磁波的本质、电磁波的成因、电磁波的应用，并且扼要描述了能量如何转变为质量。通过γ光子转变为电子的定量计算，断言：希格斯场是虚幻的，不真实的，希格斯波色子也是不存在的。2012年7月欧洲大型强子对撞机（LHC）发现的质量125GeV的粒子，只能是一种未知的粒子，或许是具有大约三分之二光速的粒子。

关键词：电磁波，能量，质量，光子，希格斯波色子

一．引言

电磁波是物质发生变化时释放出的能量，根据频率的大小或波长的长短决定其能量的大小，由光量子能量公式计算。

人类最早接触的是肉眼可识别的可见光：红橙黄绿青蓝紫。并且发现可见光具有波粒二象性，并把它称为光子。其实可见光也是一种电磁波，它在电磁波波谱中占有很少的波段范围，见图1。

图1 电磁波波谱

二．电磁波的本质

电磁波的实质是能量，而且是量子化的。它的特性：即表现有波动性（衍射证明），又表现有粒子性（光电效应证明）。频率高或波长短的电磁波，粒子性^[附1]占优势，如γ光子；频率低或波长长的电磁波，波动性占优势，如无线电波。我们把电磁波统称为能量子，例如：红光能量子、γ能量子、微波能量子；如果沿袭历史的习惯称为：红光光子、γ光子、微波光子。

为了和实物粒子电子、质子、中子等区别，我们把能量子（光子）称为辐射粒子^[附2]。实物粒子有静质量，动质量。而辐射粒子既没有静质量，也没有动质量（没有静质量，哪来的动质量？），只有由能量转换而来的虚拟质量：。这种虚拟质量可以解释一些物理现象，如光压等，所以被人们津津乐道，误认为光子的动质量，引发了许多误会。

电磁波也具有动量，就像电磁波的能量一样，也是量子化的。光子的动量：。

电磁波的传播速度是宇宙中的极限速度，即光速。只有静质量等于零的粒子速度才能达到光速，而所有实物粒子的静质量都大于零，因此实物粒子的速度（包括合成的相对速度）决不可能超过真空中的光速。

三．电磁波的成因

宇宙中不同温度的天体和气体云辐射出各种波段的电磁波，下面按照频率从低到高的顺序依次简介。

无线电波都属于“非热辐射”，由物质中带电粒子的变速运动产生的。具体说带电粒子的运动形成电流，电流变化，形成变化的磁场，变化的磁场又产生变化的电场，于是辐射出无线电波。

宇宙中的电离气体，2.73K微波背景等，都属于“热辐射”，能向外发出微波，毫米波和红外线。

可见光是原子的外层电子的跃迁产生的，Ｘ射线是原子中内层电子跃迁产生的，伽马射线是原子核内部的变化产生的。

总之宇宙中的物质都会向外辐射电磁波，所以宇宙中就有了各种波长和频率的电磁波。电磁波（光子）是能量，在电场、磁场中不发生偏转。

至于射电波，它是无线电波中的一部分。地球大气层吸收了来自宇宙的大部分无线电波，只有部分无线电波可以穿透大气层。天文学把这部分无线电波称为射电波，以区别通信用的无线电波。

四．电磁波的应用

电磁波对于人类是极为重要的。

1. 电磁波可以作为传递信息的载波，例如长波、短波，微波等。

通讯的原理：待发送的信号调制到载波上，然后发射出去，到达接收地，通过接收机的解调，收到信号。这里说的信号可以是文字、图像、声音等。打个比方：声音信号、图像信号好比是人，载波好比是马，人骑马从发射台出发，到达接收地，人被请进屋，马被留在外面。

无线电通讯（长波、中波、短波通讯）都是模拟信号的通讯，微波通讯可以是数字信号通讯。

数字信号通讯首先是将模拟信号进行数字化，然后进行数字调制，发射出去，接收机将接收的信息进行解调，就会还原成原来的模拟信号。

2. Ｘ射线，伽玛射线具有很强的穿透能力，所谓穿透能力，是从原子之间的间隙穿过。

X射线是一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间（对应频率范围3x10¹⁹赫兹到3 x10¹⁶赫兹）的电磁辐射。伽马射线是波长小于0.01纳米的电磁辐射（对应频率范围大于3x10¹⁹赫兹），X射线、伽玛射线都是电磁波，是不带电的电磁辐射，可以视为辐射粒子流，在电场、磁场中不发生偏转。

X射线用于诊断和治疗疾病，如：X光透视，CT检查，安保方面用于行李检查仪等；γ射线有更强的穿透力，工业上用于无损探伤或流水线的自动控制，在医疗上用来杀伤癌细胞，治疗肿瘤。

五．能量如何转换为质量

质能联系定律和光量子能量公式揭示了能量和质量互相转换的机理，下面定量展示γ光子是如何转变为电子的。

由粒子实验可知两个γ光子碰撞可以生成一对正负电子，用粒子转换式表示为：。

1. 我们考察一个静止的电子是由多大频率和波长的γ光子转换来的。

已知：电子的静质量：，光速，普朗克常数，换算：，。

计算：γ光子的频率：，波长：。

2. 再来计算一个具有0.95倍光速的电子是由多大频率和波长的γ光子转换来的。

高速运动的电子的动质量：

γ光子的频率：，波长：。

主流粒子物理标准模型，在解释电弱对称性自发破缺的机制时引入了希格斯场。希格斯玻色子则是希格斯场的量子化激发态的产物。标准模型认为希格斯玻色子是其他粒子形成质量的基础，而且是物质的质量之源。打个比方希格斯场就像稀糖浆或者蜜糖这样的凝聚状态，当别的粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，就获得了质量。

γ光子在希格斯场中是个匆匆过客，与希格斯玻色子井水不犯河水，没有丝毫瓜葛。γ光子是电磁波，只具有量子化能量，不具有质量。也就是说γ光子在希格斯场中并没有受到任何影响，γ光子转变为电子，只能说明电子的质量与希格斯波色子毫不相干，因此“希格斯玻色子是其他粒子形成质量的基础”受到了严峻的挑战。

众所周知：一个“理论”，一个假说，只要一个反例就会被驳倒。因此可以断言：希格斯场是虚幻的，不真实的，希格斯波色子也是不存在的。现今欧洲大型强子对撞机（LHC）发现的质量125GeV的粒子，只能是一种未知的粒子，或许是具有大约三分之二光速的粒子^[附3]。

六．结论

电磁波是物质发生变化时释放出的能量，它具有波粒二象性，频率高或波长短的粒子性占优势，频率低或波长长的波动性占优势。电磁波的传播速度是宇宙中的极限速度，即光速。

在一定的条件下能量和质量可以互相转换。根据γ光子转换为电子的定量计算，揭示了希格斯波色子是不存在的。现今欧洲大型强子对撞机（LHC），发现的质量125GeV的粒子，只能是一种未知的粒子，或许是具有大约三分之二光速的粒子。

注释：

[附1] 粒子性和粒子是不同的概念。具有粒子性，不等于就是粒子。

[附2] 只是为了与实体物质严格区分开来，才把能量子（光子）称作辐射粒子。其实光子只具有粒子性，而不是真正的粒子，是能量。

[附3] 粒子的静质量，三分之二光速的粒子的动质量