摘要 电磁波的传播需要介质吗？主流认为：电磁波是运动的电磁场，是自持波，其传播不需要介质，或者说，它的介质就是其本身。以太论认为，电磁波是以太中的波，也是一种机械波，与声波非常相似。

关键词：介质，电磁波，声波，以太

1. 引言

1864年，麦克斯韦在以太的基础上，建立了电磁波理论，并推断出电磁波的存在，1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，1898年，马可尼证明了光是一种电磁波（本文对二者不作区分），它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。

主流理论认为：电磁波是电磁场的一种运动形态，电与磁可以说是一体两面，变化的电场会产生磁场，变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波。

以太论认为：电磁波与电磁场无关，电磁波与声波一样，是一种介质波，其性质与声波完全类似。

2. 电磁波是什么？

2.1. 主流理论与以太论的相同之处

两种理论都认为：电磁波有三大属性，即振幅（强度、光强）、频率（波长）和波形（频谱分布），对于可见光而言，这三者分别对应光颜色的明度，色相和色度，对于单一频率的电磁波而言，还有初相位的概念，其波形为正弦曲线（或余弦曲线），称之为正弦波（或余弦波），电磁波的波形越接近正弦波，其频谱越纯粹，单色性越好。

电磁波最重要属性是频率，它可以决定电磁波的各种性质。

2.2. 不同之处

A、主流认为，电磁波是一种物质，由电场和磁场共同组成，但没有质量，电磁波为横波，电磁波的传播不需要介质。

B、以太论认为，场不是物质，只是一种描述超距作用的数学工具，电磁场与电磁波虽然只有一定之差，但二者是两种完全不同的物理概念，电磁场是电场与磁场的统称。主流也承认电磁波是“波”，并且具有波的所有特征，但是，没有介质还能称为波吗？

2.3. 电场是物质吗？

主流认为，电场是电荷之间传递电场力的物质，电场具有方向性。

假设电场是一种物质，那么，它是什么物质呢？它又是如何传递电场力的呢？什么物质具有方向性呢？谁也不知道，而且也无法描述。当净电荷存在时，它就存在，当正负电荷相等时，它又到哪里去了？难道存在负物质吗？我相信自然界中不存在这样的物质，相信电场只是电荷的一种自然属性。

2.4. 磁场是物质吗？

主流认为，磁场也是一种物质，也具有方向性。

如果磁场是一种物质，它比电场更加神奇，除了电场的物质特征之外，还存在如下特点：当电荷运动时，它就存在，静止时就消失，在一个参考系中存在，在另一个参考系中就没有，这还是物质吗？

很多人认为，电场物质与磁场物质是同一种物质，如果这是真的，这种特殊的物质就更加奇特了，我相信自然界中没有这样的物质。

2.5. 电场与磁场能相互转换吗？

对于任何点电荷形成的电场E和磁场B，在同一个观察点上，二者总是存在如下关系：

，其中v是电荷的运动速度，c是光速。任何电场都是电荷产生的，其强度符合E= q/4πεr2，任何一点的电场强度都是所有电荷所形成的电场的矢量叠加。任何磁场都是电荷运动所产生的效应，其强度符合B= μqv×r/4πr3，任何一点的磁场强度都是所有电荷所形成的磁场的矢量叠加，下面以导体为例说明电场与磁场的产生过程。

如图1所示，OA是一段长度为L的铜质导体，P为导体外的任意一点。

A、当导体内没有电流时，由于电子的运动方向为各向同性，因此，导体外任何一点的磁场强度也为0。但是，导体外的电场强度与电流没有关系，只要导体存在电势，导体外就存在电场，因为导体中有净电荷的存在，电场强度的大小只与电势有关，而与电流无关。

B、当导体内存在直流电流时，由于电子存在定向运动，因此，导体外就存在磁场，其强度与电荷的移动速度成正比，与电荷距离的平方成反比。但导体外的电场强度仍然与电流的大小没有关系，只与电势有关。

C、当导体内存在交变电流时，导体外也存在磁场，其强度仍然与电荷的移动速度成正比，与电荷距离的平方成反比。但导体外的电场强度分为两种情况，一种是径向电场，与电势有关，但与电流无关，另一种是轴向电场，与电流的变化率有关，与电势无关，与电流的大小无关。

可见，变化的电场形成磁场，变化的磁场形成电场只是表面现象，其本质上，电场都是电荷产生的，磁场都是电荷的运动产生的。磁场的变化并不能产生电场，因为磁场就来自电荷的运动，之所以存在电场，是因为电荷的密度分布不均。详情请参阅：电场与磁场的关系。

3. 电磁波的产生

主流认为，交变的电流可以产生交变的磁场，交变的磁场可以产生交变的电场，交变的电场又可以产生交变的磁场，周而复始，这就是电磁波的形成过程。

实际上，交变的电流确实可以产生交变的磁场，这个磁场是运动的电荷产生的，但是，这个磁场并不能产生电场。那么，导体周围的电场是从哪里来的呢？我们知道，电场是电荷产生的，电场强度的大小是所有电荷作用的结果，导体的周围之所以存在电场，一定是电荷的密度分布不均。当导体中存在交变电流时，导体中的电荷必然存在着不均匀的情况，从而导致电场的产生。变化的电场能产生磁场吗？答案是不能，所有的磁场都是电荷的运动产生的。总之，没有电荷就没有电场，没有电荷的运动就没有磁场。

在天线的周围，确实存在交变的电场和交变的磁场，但是，这种电场和磁场只能存在于天线的周围，称为天线的近场，它们是电磁场，而不是电场波，是不能够向外传播的。

既然交变的电场不能产生交变的磁场，交变的磁场不能产生交变的电场，那么，电磁波是如果产生的呢？

以太论认为，电磁波的产生与声波的产生是一样的，都是物体振动产生的，天线上的电磁波是电子振动产生的，电磁波的强度与电子的急动度成正比，其方向为电子运动的切线方向。其原理是：导体中不能长时间存在净电荷，当电子的密度增加时，电子会向外运动，但电子又无法脱离导体，从而在导体表面产生振动，这个振动经过以太传播出来，就是电磁波，详情请参阅：光的产生。

4. 电磁波的传播

实验证明：电磁波与电场或磁场之间没有任何相互作用，从而可以说明电磁波并不是移动的电磁场，如果电磁波就是移动的电磁场，二者必然会有相互作用。

电磁波为什么会与电子相互作用呢？以太论认为，既然电磁波是以太中的波，电子的振动能够产生电磁波，电磁波同样也能够导致电子的振动，而且与电子是否带电无关。电磁波与声波可以类比：声波是空气中的波，物体振动能产生声波，声波也能导致物体的振动，也与物体的性质无关。

主流认为，电磁波是横波，而声波是纵波，这是否定以太存在的重要原因。为什么电磁波是横波就可以否定以太的存在呢？这是因为人们认为流体是不能传播横波的，而以太就是流体。

流体不能传播横波吗？这是我们认识的一个很大的误区。我们对于波的研究并没有深入，根据横波和纵波的定义，自然界中的波并没有真正的横波和纵波，因为在任何介质中，质点的运动不可能完全与波的传播方向垂直或平行，在自然的状态下，质点的振动方向总是与波的传播方向存在一定的角度，而且这个角度还会随着时间的变化而变化，质点的轨迹往往并不是直线而是椭圆。因此，我们很有必要对波进行重新定义。

对于任何自然界中的波，我们可以引入偏振度p的概念，并定义偏振度为：质点在垂直于波的传播方向上的位移量A与平行于波传播方向上的位移量B的比值: p= A/B。当p= 0时，属于纵波，当p为无穷大时，属于横波，当p= 1时，质点的轨迹一般是一个圆。波是否偏振，与波源有关，而与介质无关。

在流体中，偏振度大于1的波是不能传播的，但是，偏振度小于1的波是可以在流体中传播的。电磁波并不是横波，而是偏振度小于或等于1的偏振波，与水面波具有相似的性质。详情请参阅：光的传播。

5. 结论

自然界中的任何波，都必须存在介质，没有介质就不能称为波，电磁波是波，也必然存在介质。

在任何情况下E= q/4πεr2和B= μqv×r/4πr3都成立，没有电荷就没有电场，没有电荷的运动就没有磁场。

电磁波与电磁场是两个完全不同的物理概念，电磁波与电磁场没有关系。