1经典物理学的两大支柱是电磁学和牛顿力学,现代物理学的两大基石就是这里的量子力学和相对论。这页就先简说电磁学-其广泛性就如北京大学就有陈秉乾教授、龚中麟教授王稼军教授电磁学讲课视频-北大的主要开创者赵凯华的《电磁学》可能是采用最广的/MIT也有个名视频。这门学科的国内权威教材就是前面赵凯华的和严济慈院士的《电磁学》、林为干院士等人的和毕德显院士的《电磁场理论》以及李大潜院士的教育部批准的第5批研究生教材《物理与偏微学分方程》上册5章中2章是讲它和磁流体的(但选取要看对象如中国电磁场主要奠基人林为干院士的书13章每章都参考很多外国著作却没有一次参考他导师Whinnery113岁的创立美国工程院的院士拉姆合撰的名著(涉及最下面爱因斯坦的)爱因斯坦第二费曼的物理学讲义第二卷、PurcellKrausRH20世纪最杰出基础物理教材5电磁学名著,只引用大多是较次的Panofsky的、Jackson,的、Plonsey的、2B的、Smythe的、ZH的、Bladel的、Jones的、孔金瓯的等,这也许就因如国内外《电磁场与电磁波》教材的比较研究-以及还要看接受对象等等),不论如何它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。

 

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”)

关于电磁波,其提出者是麦克斯韦,证实者是赫兹,也可说海因里希·赫兹是“电磁波的发现者”,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、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线无线电低频率电磁波

本页主要简介无线电(主要是为更好掌握琼州大学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)          

 

电磁波中的微波、红外线、可见光、紫外线用于遥感(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。德国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的粒子流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

 

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)

 

无线电频段:

     为了合理使用频谱资源,保证各种行业和业务使用频谱资源时彼此之间不会干扰,国际电信联盟无线委员会(ITU-R)颁布了国际无线电规则,对各种业务和通信系统所使用的无线频段都进行了统一的频率范围规定。

这些频段的频率范围在各个国家和地区实际应用时会略有不同,但都必须在国际上规定的这些范围内。

按照国际无线电规则规定,现有的无线电通信共分成航空通信、航海通信、陆地通信、卫星通信、广播、电视、无线电导航,定位以及遥测、遥控、空间探索等50多种不同的业务,并对每种业务都规定了一定的频段。

通信的划分

各种通信系统对使用信道的频段还有一个选择性与合理性分配问题,以便合理利用并尽量节省频谱资源,满足有效与可靠传输的要求。

对于有线信道,重要的是选择不同的传输媒体和宽带媒体的信道频率复用。一般根据信道业务要求,考虑它们各所要求的前述有线信道(恒参)的性能特征,如损耗、延时与相移特性,以及最低与最高截频等,来确定频段。

海底通信适于极低频段,则有很好的传输性能;任何基带信号传输采用基带信号带宽为截频的全部低频段,模拟话音的低频传输只利用300~3400Hz或优质声音(音乐)从50Hz15kHz带宽。

比较复杂的问题是,各种无线通信要根据空间电磁波传播特点,来选择与适当分配工作频段。ITU-R对频谱分配进行了具体规则,各国各部门均科学而严格控制频点使用。

电磁波由发射到接收的途径大体分为三种:一是靠地面传播的称为地波;二是靠空间两点间直线传播的称为空间波;三是靠地球上空的电离层反射到地面的单跳或多跳方式传播,称为天波

沿地表传播的地波,因沿地面电磁波跳跃性传播产生感应电流,会受到地面这种非良导体衰减,且频率越高集肤效应越大,损耗就越大。因此地波适于中长波和中波(即几百千赫到数兆赫),如民用广播从535kHz1605kHz频段(每10kHz一个节目)就是一例。

数兆赫到数十兆赫的短波(高频段)适于天波传播,收发间距离远大于地波,可达数百公里到上千公里,这决定于天线入射角大小。上面已经提到,电离层会对反射的电磁波进行吸收、衰减,电离浓度越大则损耗越大,而这种因电离层随机变化导致的电磁波起伏衰减就是衰落现象。

如果波长更短,即更高频段,如数百兆赫到数个吉赫(109MHz)以上,则进入微波波段。这一频段的电磁波,电离层的吸收很少,且不再被反射回地面。如卫星通信,电磁波可穿透电离层传播到卫星。这种空间波传播与光有类似性,不但直线传播,而且电磁波也有绕射(衍射)作用,可以绕过一些局部障碍物。例如,微波接力属地面点与点之间直线传播,除了要受地面环境(沼泽、山、林等)一定影响外,天线不便架设过高,因此接力(中继)段不过四、五十公里,通常称为视距通信。

无线通信均需收发天线长度与波长λ 匹配的天线尺寸为 1/4·λ,因此利用全向天线的民用广播的电台天线不可能稳定架设100多米。利用900MHz频段的GSM手机天线,可以短至几厘米长,为移动手机小型化便携带来很大方便。

全部无线通信均通过自由空间传播,为了合理使用频段,各地区各种通信又不致互相干扰,ITU科学地分配了各种通信系统所适用的频段,各频段频率与其波长对应值及其名称,由国际电信联盟无线委员会(ITU-R)颁布,各国、各地区、城市均设有相应无线电管理委员会,负责本国、本地区无线频点的合理协调。

 

在声乐领域中,频段是指声音频率而言,人耳对声音频率的感觉是从最低的20Hz到最高的20KHz,而人的语音频率范围则集中在80Hz~12kHz之间,不同频段的声音对人的感受是不同的。

在通讯领域中,频段指的是电磁波的频率范围,单位为Hz,按照频率的大小,可以分为:

甚低频(VLF3 kHz~30 kHz,对应电磁波的波长为甚长波100 km~10 km(超长波)空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航

低频(LF30 kHz ~300 kHz,对应电磁波的波长为长波10 km~1 km(长波)地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航

中频(MF300 kHz3000 kHz,对应电磁波的波长为中波1000 m~100 m(中波)地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航

高频(HF3 MHz30 MHz,对应电磁波的波长为短波100 m~10 m(短波)天波与地波远距离短波通信;国际定点通信

甚高频(VHF30 MHz~300 MHz,对应电磁波的波长为米波10 m~1 m(米波)空间波电离层散射(30-60MHz);流星余迹通信;人造电离层通信(30-144MHz);对空间飞行体通信;移动通信和广播电视领域

特高频UHF300 MHz3000 MHz,对应电磁波的波长为分米波100cm~10 cm(分米波)空间波小容量微波中继通信;(352-420MHz);对流层散射通信(700-10000MHz);中容量微波通信(1700-2400MHz)

超高频SHF3 GHz~30 GHz,对应电磁波的波长为厘米波10 cm~1 cm(厘米波)空间波大容量微波中继通信(3600-4200MHz);大容量微波中继通信(5850-8500MHz);数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信(1500-1600MHz)

极高频(EHF30 GHz~300 GHz,对应电磁波的波长为毫米波10 mm1 mm(毫米波)空间波再入大气层时的通信;波导通信

至高频300 GHz3000 GHz,,对应电磁波的波长为丝米波1 mm0.1 mm(波)。即THz-参考最近该名的《太赫兹科学与电子信息学报》

 

MF中频300~3000kHz100m~1000m中波 AM广播

HF高频3~30MHz10~100m 短波 短波广播

VHF 甚高频 30~300MHz1~10m 米波 FM广播

UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波

SHF超高频3~30GHz 1cm~10cm厘米波

EHF极高频30~300GHz1mm~1cm毫米波

国际无线电管理会议规定的无线电频段代号

   微波

微波是指频率为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。

 

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

 

2这里最后部分与“流体力学密切相关的一些关键领域 也做巴黎也是法国所有大学中排名最高的大学巴黎高等师范学校的校长Marc Mézard的某些相关学科(更见Marc Mézard也是PSL校长,这PSL包括巴黎高师、巴黎高矿、巴黎九大等最顶级的25著名院校组成,即PSL是由法国名校组成的世界超级大学,在维基网第一段还见Marc Mézard校长是世界著名物理学家并合做2本书,其中一本是早期在新加坡出版的就不多说,另一本是最近在全球最大、最具国际性的大学出版社15世纪末创办的牛津大学出版社出版的《Information, Physics, and Computation-见这本物理书从头到尾都讲图论的应用(看百度见单这PSL法国巴黎高等师范学院就有8诺贝尔物理奖得主10数学诺贝尔奖-菲尔兹奖得主,那物理应该算不错,而数学诺贝尔奖更是世界最多,如是之,则超级大学校长的水平应也是世界领导性的,可这世界最厉害的超级大学物理校长的最厉害物理书就利用图论哈密顿图

 

3上面的费曼是继爱因斯坦之后公认的最为睿智的科学家;(而关于爱因斯坦第一的广义相对论等与图论哈密顿图的关系-这里的网页第一个诺贝尔奖的部分,下面只简说爱因斯坦第二费曼与图论哈密顿图的关系)

现在数学家联手物理学家,通过让质子在27公里长的轨道上以光速互相碰撞,以解密费曼图中的神秘“周期”(百度第3段工作成就只说:提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法,这是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具,我们知道其中的电动力学几乎等同于上面电磁学;此外,前面费曼规则和重正化是基于或说相伴于费曼图的需要才产生的)。这里第3其博士高徒做原子核哈密顿图的诺贝尔奖获得者Martinus Veltman就独立编著一本《费曼图》专著。

附费曼图领域的一些组合数学论文:

1Yongwu Rong教授的主页说他是研究组合数学和物理拓扑的2008年已担任美国首都大学副院长的荣用武-现也兼任系主任的他指导的博士论文有Invariants of knots, graphs, and Feynman diagrams即做费曼图(此博士论文的39篇参考文献是:Francois Jaeger2篇都是图论的,他导师L.Kauffman2篇,做图论四色猜想的Dror Bar-Natan2篇, Laure Helme-Guizon4篇都是图论论1、论2和博士论文,博士论文是图的计算的Khovanov4,其它人都是1篇。这Khovanov的博士论文更只有30篇参考文献-这与引用少相吻合费曼几乎一生在其任职的加州理工学院物理系的Matilde Marcolli最近一个博士论文题目正是“费曼图的周期”而Marcolli 就做很多图论论1、论2、论3等并合撰《组合数学与物理》)。 刚看到说在美国108所研究型大学校长中,一把手校长只有2名是亚裔。在大学中担任行政职务的更是凤毛麟角--这话来自出生于台湾的戴海龙校长事件(这2名亚裔校长是否是这里最后的2--可惜他们也都不是从中国内地去美国的--刚又看到目前冯达旋是在美国大学担任副校长的唯一华裔。另一位唯一华裔担任美国大学校长的是加州大学圣塔芭芭拉分校校长杨祖佑教授此圣校确属这108所啊,看来这里最后的美国2所校长-只有1个属于这108。冯达旋是1950年到新加坡定居杨祖佑也是1949年去台湾。上面统计不完全或它们是以前的统计如刚又见美国马里兰大学校长陆道逵一家1949年带着对新执政者的恨意离开了中国大陆--不要恨了这里见他们本是贪抢夺霸毁国者并现在国内纪委已盯着这些贪骗抢们了),看来这荣用武教授做为1983年毕业于中国科技大学并担任美国权力中心-首都市中心美国心脏第一大学副院长还是不容易的。

2A rule for the combinatoric factors of Feynman diagrams.

3Combinatorial species and Feynman diagrams

4Feynman diagrams in algebraic combinatorics.

5Feynman diagrams in algebraic combinatorics.

… … …    

此外,,以及在量子力学就如哈佛大学丘成桐教授所说我们曾研究了图论上的薛定谔方程,定义了图上的量子隧道概念。这些概念都是从物理上来的,被借用到图上 ;更有,这里第3见许多原子核杂志上已经发表了许多图论的哈密顿图论文