电磁学。可参考电路理论以及东方麻省理工-以及从下面2本国内书籍还可见很多世界科学大师前赴后继开拓耕坛即如中国电磁场主要奠基人林为干院士的《电磁场理论》的参考文献大多虽是较次权威Panofsky的、Jackson,的、Plonsey的、2B的、Smythe的、ZH的、Bladel的、Jones的、孔金瓯-也许它的原则是只取适合的,但清华大学首个博士的导师王先冲电磁学书主要参考宗师级的SommerfeldElectrodynamicsJ. J. Thomson这书(或见这书评)、苏联首个物理诺奖得主Igor Y. Tamm的电学原理[林为干院士的书也参考]、苏联第2批物理诺奖得主朗道Lev Landau与其学生栗弗席兹合写的连续媒质电动力学和麦克斯韦的书等,当然,国内这两本书竟然都没有引用我也曾读诺贝尔奖得主Edward Mills Purcell的《电磁学》由Eugene D. Commins院士在伯克莱当教材(这是伯克利物理学教程第2-其它4卷的作者甚至都没人是院士)、麦克斯韦的《电磁通论》)、费曼的《物理学讲义》第2卷等[王先冲的书虽说是为清华大学硕博士研究生所设课程并是基于近年来差分变分积分方程等描述场的基础上于1986年写成,但其大部分也仍很基础,并也常用微分方程处理其书的麦克斯韦方程组也相当Purcell旋度以及散度的微分形式表达的麦克斯韦方程组 curlE=-(1/c)B/t, curlB=(1/c)E/t+4pJ/c, divE=4pr, divB=0(就如1954年的诺贝尔物理学奖Max Born马克·玻恩的世界名著《光学原理》也说除电矢量和磁感应强度外,要描写场对物质客体的作用,须引进二组矢量-电流密度电位移和磁矢量,这麦克斯韦方程就是由这五个矢量的空间和时间微商联系起来的-原子弹之父奥本海默是这博恩的博士,Purcell的比它俩的基础些但也仍是比它俩引用的许多电磁学书更丰富些的难度适宜的教材],或其就如国内外《电磁场与电磁波》教材的比较研究所说的我们理解不到的还需看接受对象等原因),不论如何这学科的许多方向如超强磁场在很多领域行业都有非常重要的应用-就如中国海底真空磁悬浮列车时速可高达惊人的1000公里--并将为做为海南人民千年梦琼州海峡跨海工程带来尽早实现通车的梦想;我们海南琼州大学的编委即是应用数学排名美国第一大学的第一院士也给海南琼州大学来信说他主持100亿元相当于现在1000亿元以上的磁流体力学课题(至于经典物理的另一支柱的作用,如见结合我们图论学科的Quantum Graphs and Their Applications量子图及其应用以及Introduction to Quantum Graphs量子图论导论,等等)

在电磁学大厦奠基的过程中有几个必须铭记的主要贡献者:电磁感应定律提出者Michael Faraday迈克尔·法拉第电流的磁效应发现者Hans Ørsted汉斯·奥斯特安培定则提出者André-Marie Ampère安德烈·玛丽·安培与安培定则相当的库仑定律的提出者Charles-Augustin de Coulomb查利·奥古斯丁·库仑磁通量提出者Wilhelm Eduard Weber威廉·爱德华·韦伯毕奥-萨伐尔定律创立者Jean-Baptiste Biot-巴蒂斯特·毕奥Félix Savart菲利克斯·萨伐尔最终集成麦克斯韦电磁理,并麦克斯韦对其方程组等进行分析的基础上,见到电磁波的存在其后,Heinrich Rudolf Hertz海因里希·鲁道夫·赫兹用实验方法产生和检测到了电磁波,证实了麦克斯韦的预见。中国科学院副院长严济慈院士著有《电磁学》,而他的儿子严陆光院士是电感储能专家(电感器本身就是一个储能元件,以磁场方式储能)

 

关于与我们学科的关联,我的导师柳柏濂教授1996年出版并其后被教育部批准的可能实质是中国第一本数学研究生教学用书《组合矩阵论》的“Block design”部分包含Thomas Beth的博士论文做的“Steiner Systems--其后这Thomas Beth教授来到赫兹Hertz发现“电磁波”的卡尔斯鲁厄理工学院独立指导这里第一位Harald Aagedal的博士论文就做电磁理论,组合数学家指导电磁学博士不可思议吗?Thomas Beth教授独立指导的和Hertz有些同名的Hatz组合数学,这Thomas Beth教授不久前出版并已成世界名著的《设计理论》就是这里我的另一导师钟集教授做为中国唯一推荐评价世界第64名大学全校第一大师获得世界最高奖-也是钟集老师给我授课的射影设计空间包含的设计理论本来我导师柳柏濂教授的是第三本而教育部批准的第一本、第二本研究生用书分别是陈省身大师和华罗庚大师合作撰写或指导的博士写的,所以,2本的入选可能考虑其它因素多些-如传承--)(计算机和经济学双料诺贝尔奖获得者西蒙The Sciences of the Artificial说“设计理论即一般的图搜索理论对象是巨大的组合空间”)

关于这赫兹,他是电磁波的证实者,甚至也可说海因里希·赫兹是“电磁波的发现者”,而麦克斯韦至多只是预测者,就如搜索可见:赫兹,1886年至1889年在卡尔斯鲁厄大学发现了电磁波的存在(而这卡尔斯鲁厄大学就是上面的卡尔斯鲁厄理工学院),在百度等也可见为纪念发现电磁波的海因里希·赫兹,以赫兹表示电,磁,声波和机械振动周期循环时频率的单位

我们知道电磁场与带电物体(电荷或电流)之间的相互作用可以用麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律来描述。这早在1864年英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象基础上,建立了完整的电磁波理论(它如中国主要奠基人林为干院士的《电磁场理论》给出静电场方程:Ñ·D=ρ, Ñ´H=J, Ñ´E+B/t=0, Ñ·×B=0;在时变电场中把J加上位移电流D/t就行)。麦克斯韦在此基础上断定电磁波的存在,推导出电磁波与光具有同样的传播速度。其后,德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹Heinrich Rudolf Hertz)在1886年至1888年间在上面卡尔斯鲁厄理工大学首先通过试验验证了麦克斯韦的理论。他证明了无线电辐射具有波的所有特性,并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达,通常称为波动方程。之后,人们又进行了许多实验,不仅证明光是一种电磁波,而且发现了更多形式的电磁波,它们的本质完全相同,只是波长和频率有很大的差别。(确实,对电磁场的经典理论所要知道的一切知识,全都可以在林为干院士的《电磁场理论》的上面四个方程中求得林为干院士的导师Whinnery的《近代无线电中的场与波》要具体而名字有点绕,但还是更丰富详细些-如林为干院士的没写积分形式-Whinnery既写上面微分形式也写积分形式òWD·dS=òWρdv,  òWB·dS=0, lE·dl=-/t(òW B·dS, l H·dl=òWi·ds+/t(òW D·dS,还写在直角坐标、柱面坐标、球面坐标、稳态正弦改变(ejwt)的形式的麦克斯韦方程组,虽然这通过一些变换就可推导出来,也可见这是一本较全面详细的书;再如费曼、LeightonSands的更加著名的费曼物理学讲义》第2也还讲解麦克斯韦方程组在自由空间中的解、有电流和电荷时麦克斯韦方程组的解等-这本书确比大多数教材在这方面都更详细,林为干院士的《电磁场理论》十几章每章都引用好几本国外教材却从不参考引用它们一次特别是费曼的3卷自1964年出版后可以说学物理的更是无人不晓-可见很多书都具有足够的广度深度)。总之,麦克斯韦方程组是电磁学理论的高度浓缩,不仅分别描述电荷产生电场的高斯定律、变化的磁场产生电场的法拉第电磁感应定律、磁单极子不存在的高斯磁定律以及描述电流和变化的电场产生磁场的麦克斯韦-安培环路定律。而且,正如某些权威专家说:从麦克斯韦方程,爱因斯坦看出光量子和狭义相对论、杨振宁看出几何、费曼看出波函数、贝利看见量子力学,…。所以,要以极端重视的态度对待并广悟深悟方程组,这不仅要从教科书学习认识方程组,也要从一些有水平的科普类的文章等加深认识它,如可参看北大陈熙谋教授和舒幼生教授的文章“建立麦克斯韦方程组的其他途径”、毕业于北大与他俩同时代的武汉大学物理系刘觉平教授的“麦克斯韦方程组的建立及其作用”以及最近杨振宁教授的“麦克斯韦方程和规范理论的观念起源”等等以加深认识方程

撰写古今数学思想的》的数学家Morris Kline莫里斯·克莱因就担任纽约大学库朗数学研究所电磁理论研究室主任长达20之久

电磁波,是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性,包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线,下面只介绍电磁波中使用最广泛的无线电(特别是其中的微波),其余不介绍的也具有很重要的作用

即其中的无线电这里最后部分见我不同程度读的包括“南冯北孟”的国内外大师的多本无线电名著,这主要是为更好掌握海南琼大读研究生时百次去读的中国声纳第一人的正在发展的合成孔径声纳和雷达特别是海南琼大师爷做为该校历史上最著名校长的武汉大学研制出的对海洋有重大作用的这里中下部分的高频地波雷达,以及其它应用。无线电的发明人是被认为是人类有史以来的两个旷世奇才之一的这里像片上和爱因斯坦等在一起的的瘦弱个子-尼古拉·特斯拉

无线电频谱资源属于国家所有,国家对无线电频谱资源实行统一规划、合理开发、有偿使用的原则。工业和信息化部无线电管理局(国家无线电办公室)负责全国无线电管理工作,依据其职责规定拟订无线电管理的方针、政策,统一管理无线电频率和无线电台(站),负责无线电监测、干扰查处和涉外无线电管理等工作,协调处理无线电管理相关事宜。

省、自治区、直辖市无线电管理局在国家无线电管理机构和省、自治区、直辖市人民政府领导下,负责本行政区域内除军事系统外的无线电管理工作,根据审批权限实施无线电频率使用许可,审查无线电台(站)的建设布局和台址,核发无线电台执照及电台识别码,负责本行政区域内无线电监测和干扰查处,协调处理本行政区域内无线电管理相关事宜中国无线电协会中国无线电协会业余无线电分会业和信息化部直属国家无线电监测中心(国家无线电频谱管理中心) 

关于无线电--Radio,随着相关技术和理论的发展特别是人工智能的发展原先是概念性的一些东西,现在已不断地在现实化,如近些年来已初步发展出未来无线通信领域的下一个大事件\通信领域的第三次革命等的软件无线电、认知无线电、认知软件无线电.(1997 清华大学电子工程系微波与数字通信技术国家重点实验室肖维民和许希斌软件无线电很有可能称为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次革命显然,这国家实验室是该大学在这相关学科发展的优势。不过,前两者仍在发展的初级阶段因此,期刊网至今仍没有一篇认知软件无线电的论文)

除了无线电波电磁波中的其它波如红外线、可见光、紫外线可用于遥感、数据通讯与传输等等(另2电磁波X射线γ射线。其中X射线最早是上面尼古拉·特斯拉发现的,特斯拉完成了一些实验,并先于伦琴证实了他的发现(包括拍摄他的手的X射线照片,之后他将照片寄给了伦琴),但没有使他的发现众所周知,他的大部分研究资料在18953月的第五大道一次实验室大火中给烧毁了。德维尔茨堡大学校长伦琴教授1895118日傍晚在从事阴极射线的研究时发现了X射线,使他成为诺贝尔物理学奖的第一人,故X射线又伦琴射线-是由原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生粒子流γ射线-伽马射线是在原子核反应中,当原子核发生α衰变β衰变,往往衰变到某个激发态,处于激发态的原子核仍是不稳定的,并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态,而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的,这种射线就是γ射线原子核衰变核反应均可产生γ射线。伽玛射线暴发现于1967年,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.1-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽玛射线暴可能清除了大约90%的星系空间,银河系内也受到伽玛射线暴的冲击,地球生命在未来可能也将面临类似的命运)

其中的微波下面将看到具有非常重要而广泛的作用而我国的开创者是说上面“南冯北孟”的林为干院士即微波领域的作用如有众所周知的微波炉和各种微波器件如此不仅在通信以及遥感发展成引人注目的重要领域、微波的应用还可治疗非常多种疾病而研制出多中微波治疗仪、而微波介入治疗系统更可治疗很多疑难杂症疾病(其著作如我有的中国微波之父林为干院士1979年在科学出版社出版的《微波理论与技术》首篇章先讲平面电磁波、次篇讲电磁场[主要是波导理论]、最后篇才讲椭圆函数在微波技术的应用全书大16开共676页,可见是一本较全面的著作可仍远不能概况微波全貌;我也有该校刘盛纲院士主编的《微波电子学导论》;我也有叶培大院士的《微波通信》和《数字微波通信与计算机辅助设计》;天津大学校长吴咏诗教授的《微波集成电路的计算机辅助设计》;清华大学高葆新、洪兴楠教授等著《微波电路计算机辅助设计》清华大学出版社1986年;Kuldip C. Gupta校长和Ramesh Garg , Rakesh Chadha著的《Computer-Aided Design of Microwave Circuits微波电路的计算机辅助设计》,科学出版社1986还有差不多同时的1980年科学出版社出版《微波理论与技术》论文集的第1篇是黄宏嘉院士的、第2篇是林为干院士的、第3篇是1943年路易华盛顿大学博士鲍家善教授的还有李英教授的杨铨让教授的等都是微波的概述性论文;更早的有黄宏嘉院士著的《微波原理》卷I、卷II;还有姜景山院士和金亚秋院士主编的《中国微波探月研究》可见应用之不可思议--金亚秋院士的《空间微波遥感数据验证理论与方法》;我国第二代微波专家西电校长梁昌洪的《计算微波》还获得1988年全国优秀教材奖,上交大李征帆和毛军发的《微波与高速集成电路理论》也是一个广阔方向,特别是国家在中国微波之父林为干院士的单位设立微波电真空器件国家级重点实验室、在清华大学设有微波与数字通信国家重点实验室、电子所的微波成像技术国家重点实验室、中空院的空间微波技术国家级重点实验室、西电的天线与微波技术国家重点实验室近十个微波国家重点实验室之多,足见这领域有非常重要而广阔的前景,我还有国内最大的矿产金企业--紫金矿业的董事长陈景河等最近2005年出版的《微波助磨与微波助浸技术》等。而毫米波仅有东南大和香港城大的毫米波国家重点实验室和北京遥感所的毫米波遥感技术国家重点实验室2个国家实验室虽也重要),其是指频率为300MHz~300GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1毫米~1米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为超高频电磁波。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。微波量子的能量为1 99×l0-25 199×10-21焦耳。

关于太赫兹波THz,频率为0.1THz-10THz是从80年代中后期,才被正式命名的,早期太赫兹在不同的领域有不同的名称,在光学领域被称为远红外,而在电子学领域,则称其为亚毫米波、超微波等。太赫兹波是指频率在0.1THz10THz范围的电磁波,波长大概在0.033mm范围,介于微波与红外之间,在长波段与毫米波相重合,在短波段与红外光相重合,是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,也是电子学向光子学的过渡区,称为电磁波谱的太赫兹空隙(THz gap)”

2004年,美国政府将THz科技评为改变未来世界的十大技术之四,而日本于200518日更是将THz技术列为国家支柱十大重点战略目标之首,举全国之力进行研发。由于太赫兹波频率高、脉冲短、穿透性强,且能量很小,对物质与人体的破坏较小,所以与X射线相比,太赫兹成像技能和波谱技能更具优势,在空间探测、医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。

可参考刘盛纲院士的科普报告太赫兹科学技术的新发展 姚建铨院士的太赫兹技术及其应用以及太赫兹通信技术的研究与展望

Nuclear magnetic resonance核磁共振. 最先描述和测试的诺贝尔奖得主Isidor Isaac Rabi有三个诺贝尔奖学生, Julian Seymour Schwinger也有几个诺奖学生还有图论组合先驱Daniel J. Kleitman