科學聯盟2018-06-25 08:36:11我希望題主先反思一個問題，電磁波疊加的物理影象是什麼。換句話說，在真實世界裡，允不允許兩列傳播方向相反、振幅一致、相位相差π、頻率一致的波在能保證它們處於疊加狀態時導致振幅相互抵消但是卻不會引起物理學上的不自洽呢？這是首先要思考的問題，如果這個問題不能得到回答，那麼這種問題是毫無物理意義的！
波的能量是波場的能量反映，如果絲毫不關係波場而只談波本身，這就是非物理的思路。所謂電磁波場，即電磁場，然而根據電磁理論，電磁波的振幅有兩個：電場振幅和磁場振幅。下面我來解釋當兩列波反向運動時是不可能出現兩個振幅同時抵消的！假定電場振幅可以嚴格抵消，那麼由麥克斯韋方程組可知，此時兩列波的磁場振幅恰好是同向的（這裡面涉及到十分簡單的數學線性代數計算，題主可以當做練習題去嘗試一下）。換句話說，即便電場振幅抵消了，可是磁場振幅卻達到了最大值。因此，我們只能說此時電磁波的能量從電場能量變化磁場能量，而不是消失了。反過來，如果磁場振幅抵消了，那麼麥克斯韋方程組又告訴我們，電場振幅將是同向的，換句話說，磁場能量轉化為電場能量，能量依然沒有消失！同時，我們基於此也能回答前面的問題，對於電磁波來說“如果兩列傳播方向相反、振幅一致、相位相差π、頻率一致的電場波在能保證它們處於疊加狀態時振幅相互抵消，那麼一定導致物理學的不自洽性與嚴重違背客觀實際規律的結果”。由此可見，題主對電磁場理論過於陌生，對電和磁轉化問題認識嚴重不足。這不僅僅是題主的問題，也是絕大多數學習過物理的人所出現的問題。我在這裡不過多地討論出現這種問題背後的教育因素。
下面，我問一個問題，將題主的問題裡面的“電磁波”會變成“機械波”，情況又如何？如果認為機械波的這種疊加會導致能量消失，那麼我只能說這是連機械力學都學的似懂非懂！對於機械波來說，首先明確一點，真空情況下是無法傳遞機械波的，因此機械波的傳播、疊加都必須要在介質中完成。這就意味著，不考慮介質就去研究機械波就等於完全不懂機械波！在現實情況下，介質中的振動將引起球面波，平面波僅僅是球面波的最低階近似。換句話說，即便我們發現兩列機械平面波振幅相加為零，也不能說波就消失了，因為球面波的二級近似是不會消失的——具體證明可以透過疊加兩列球面波來給出，這樣一來能量依然沒有消失而是以更加特殊的波動模式傳播！