驚天「波舞」:誰是最具能量的「舞蹈家」？
在我們這個由無數跳動物質「聯合表演」的世界裡，誰是最具能量的傑出「舞蹈家」？毫無疑問，是電磁波！人類就是在「解讀」電磁波的過程中將人類文明不斷地向上提升的！現在讓我們來一起欣賞電磁波的——
是什麼讓我們看到了閃爍的群星、翠綠的森林、鮮艷的花朵？是電磁波。是什麼讓我們在地球的赤道上聽到了遠在南極進行科學考察的科學家的笑聲，看到了他們的笑臉？也是電磁波。電磁波包圍在我們四周，蕩漾在世界的任何地方，充斥在宇宙的每一個角落。
不僅如此，電磁波還在我們身體中顫動，在物體的內部顫動，在行星中顫動，在恆星中顫動。毫不誇張地說，宇宙的浩瀚就是電磁波的浩瀚，沒有了電磁波，我們的世界將陷入沉沉的死寂中。
從能跳善舞和所釋放能量大小的角度來評價，電磁波應該是我們這個物質世界裡最具能量的傑出「舞蹈家」。儘管不同的電磁波有不同的「舞步跨度」，但整個電磁波家族成員的「飛舞」速度基本都是一樣的，都是每小時近30萬千米。為了保持整齊劃一的家族整體速度，那些跳「小步舞」的成員，就拚命增加「飛舞次數」，相反，那些跳「大步舞」的成員，則主動減少自己的「飛舞次數」。物理學家把電磁波的「舞步跨度」叫做波長，把它們在一定時間裡的「飛舞次數」叫做頻率，他們喜歡用這兩個物理參數來揭示電磁波家族裡深藏的秘密。
現在，讓我們沿著「指數級台階」，逐一尋找這個家族的每個成員，並認真欣賞欣賞它們的驚天「波舞」。
小步舞：波長從1皮米到1微米
從1皮米到10皮米 γ射線大顯神通
γ射線幾乎沒有質量，速度接近光速，在所有已知的電磁波中，波長最短、頻率最高、能量也最大，其能量是可見光能量的數百倍乃至上萬倍！
高能量加上強穿透力，使γ射線成為最令人望而生畏的恐怖射線。它可以瞬間輕鬆穿透人體，並與人體內細胞發生電離作用，電離產生的離子能侵蝕生命體內複雜的有機分子，如蛋白質、核酸和酶，導致人體內的正常化學過程受到干擾，嚴重的可以使細胞死亡。現代核武器中的「γ射線彈」就是一種以強γ射線為主要殺傷力量的核彈，其威力要比中子彈大得多，一枚「γ射線彈」如果在阿爾卑斯山上爆炸，其殺傷範圍將波及整個歐洲南部，在此範圍內暴露的生物會全部死亡。
事物總是一分為二的，γ射線能殺死正常細胞，也能殺死癌細胞，因此我們可以用γ射線作「放療」，醫治惡性腫瘤。我們還可以充分利用γ射線的穿透能力，在工業上用它作金屬探傷，或檢查金屬板的厚度；在農業上用γ射線適當照射種子，能使農作物增產，還能增強某些作物的抗病能力。
從10皮米到100皮米 X射線群體出現了
在這個波長範圍內，X射線出現了。X射線是波長在10皮米～30納米之間的一種電磁波。X射線的「舞步跨度」大約是α射線的10倍到1000倍，但和人的「步伐」相比，也僅僅是千億分之一到十億分之一。X射線的總體特點是波長很短，有極強的穿透能力，能穿透許多不透明的物質。
X射線被發現以後，立即顯示出了其卓越的才能。在醫學上用它檢查病變和骨折的情況；在工業上用它來檢查金屬鑄造品內部是否存在氣泡以及其他不正常的情況；用已知波長的X射線在晶體上衍射，可以研究晶體的結構。現在，X射線已經廣泛應用在天文觀測方面，如太陽X射線的探測、超新星遺迹（如蟹狀星雲、仙后座A等）X射線的探測、雙星系統X射線的探測等。科學家通過對X射線儀器觀測天體結果的研究分析，可以確定天體的元素組成以及中子星、黑洞的大小等信息。
物理學家根據X射線波長的長短把它們分為超硬X 射線、硬X射線、軟X 射線和超軟X射線四大類。
超硬X射線（小於10皮米）是X射線家族中能量最大的，它主要來源於超新星的能量大爆發。目前人類還沒有駕馭它的能力，但在天文學領域，可以通過對它的觀測了解遙遠星系的爆發情況。
硬X射線（10皮米到100皮米）因為波長相對較短，能量相對較大，所以對人體的傷害也比較大，
這也是它的「硬處」所在。物理學家目前對硬X射線群體的發掘比較深入，它的應用也比較廣泛。像常用的X射線透視、X射線工業探傷，都是以硬X射線為主力軍。
從100皮米到1納米 軟X射線獨領風騷
軟X射線因為對人體無大的傷害，所以近年來格外受到科學家的重視，它的醫療應用範圍也越來越廣。在物理性能方面，因為軟X射線的波長相對較長，相對地光學技術的要求就偏低，這就使它在顯微分析和X光望遠鏡、X光光刻等方面，發揮出了獨特的優勢。
從1 納米到10 納米 超軟X射線縱橫馳騁
超軟X射線又叫淺層X射線，X射線倫琴天文衛星曾於20世紀90年代在白矮星的雙星系統的演化過程中發現了它。宇宙γ射線暴在傳播的尾段也會出現超軟X射線波段。
今天，超軟X射線已經成為人類探測宇宙的重要工具。神舟二號飛船上就攜帶了進行空間天文觀測的超軟X射線探測器。此外，在醫學上，超軟X射線直線加速器也已經成為對腫瘤病人進行放射治療的重要儀器。
從10 納米到100 納米 發現了紫外線家族
在這個波長區間，出現了波長在10～380納米之間的紫外線。還有一小部分超軟X射線也在這個狹小區間與紫外線緊密相伴，但它們的「楚河漢界」究竟怎樣劃分，現在還沒有定論。
一切高溫物體，如太陽、弧光燈發出的光都含有紫外線。紫外線有很強的熒光效應，能使許多物質發出熒光。在生活中日光燈和農業上誘殺害蟲的黑光燈，都是用紫外線來激發熒光物質發光的。紫外線還有其他廣泛的用途，如紫外線殺菌消毒、紫外線理療、紫外線熒光分析和鑒別偵破、紫外線曝光光刻等。紫外線的破壞作用也不小，像文物書畫、橡膠塑料，在紫外線長期照射下會發生老化。
物理學家根據紫外線的不同性能和對應波長，把紫外線家族成員分成了四大類：真空紫外線、短波紫外線、中波紫外線和長波紫外線。
真空紫外線（10～200納米）可以產生臭氧。臭氧是一種強氧化劑，能夠除去空氣中的有害物質、灰塵和異味，還能夠殺滅空氣和水中的各種微生物，包括細菌、病毒等。常用於密閉的桶、箱、櫃里的消毒，用在房間里可以殺菌、消毒、凈化空氣，使室內的空氣有如大自然森林中的空氣般清新怡人。
從100 納米到1 微米 可見光波閃亮登場
這個區域應該稱之為電磁波的「黃金區域」，因為在這個區域不但有紫外線的三個「集團軍」，還出現了決定人類命運的波長在380～780納米之間的可見光波，這是人類唯一可以單憑肉眼看到的電磁波。
短波紫外線（200～275納米）可以被臭氧和氧氣完全吸收，所以到達地球表面的太陽光線中，短波紫外線幾乎為零。這種紫外線雖然數量極少，但它的殺傷力卻很大，目前人類消毒滅菌使用的紫外線主要是這種紫外線。
中波紫外線（275～320納米）在到達地球表面的太陽光線中約佔0.39%。這個波段內的紫外線對人體有保健和治療作用。配合輔助藥物可以治療多種皮膚病，還可以作為熒光分析儀器的光源和促進植物生長的光源。
長波紫外線（320～380納米）在到達地球表面的太陽光線中約佔12.61%。由於到達地面的主要是沒什麼危險的長波紫外線，因此適量的紫外光可使人感到神清氣爽，促進機體的新陳代謝，對人體有保健治療作用。但過多的紫外線照射對人體、生物還是很有害的，例如，紫外線的長期積累可誘發皮膚癌。長波紫外線還可以作為驗鈔儀防偽檢測的光源、大型晒圖儀的主要光源等。
當電磁波的「舞步跨度」進入380到780納米這個區間，人們單憑肉眼就可以看見它們精彩的表演了。這一段波的波長和頻率正好都位於電磁波系列的中間狀態，而且恰巧能夠被人眼這個複雜的光感覺系統接受，從而使人看到了周圍世界的色彩。這裡，我們要明白的是，顏色並非是光的本性，它只是該波段的光作用於人的視神經，在人腦中形成的主觀感覺。
地球上光波的最主要來源是太陽。英國科學家牛頓在1666年發現，把太陽光經過三稜鏡折射，然後投射到白色屏幕上，會顯出一條像彩虹一樣美麗的色光帶譜，依次是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色。
紫色光（380～420納米）是可見光中波長最短、頻率最高、能量最大的光波。在醫學應用中，日光照射對痤瘡的治療比較有效，但在太陽光的七種光波中，紫色光的治療效果要明顯地好於其他光。
藍色光（420～470納米）頻率較高、波長很短，僅次於紫色光，正因為波長短，不容易衍射，散射性較大。如天空的藍色就是大氣分子、冰晶、水滴等和波長較短的藍色光波共同創作的圖景。
青色光（470～500納米）因波長較短，青色光幾乎不被海水吸收，這就是在水下觀察物體或拍攝時，色調總是偏於青藍的原因之一。
綠色光（500～570納米）會使人心理上聯想到大自然的一片蔥綠，因此產生舒適、恬靜、安全的感覺。綠色光與紅色光的對比效果最好，容易辨認，所以被當作「允許通行」的交通信號。
黃色光（570～600納米）會使人感到危險，但沒有紅色那麼強烈，其一般意義表示「注意」，常用來表示「警告」信號。在交通指揮燈中，黃色光作為過渡信號，其作用主要是警告駕駛員注意「紅燈即將閃亮」 和「禁止繼續通行」等。
橙色光（600～630納米）頻率僅高於紅色光。光波的頻率不同，所含熱量也不同：紅、橙、黃光頻率較低，含熱量多；藍、紫光波頻率較高，含熱量相對少。花瓣一般都比較柔嫩，在野生狀態下，橙色花都生長在陽光強烈的地方，因為它能反射含熱量多的橙色光，不致引起灼傷，起到了自我保護作用。
紅色光（630～780納米）是七色光中波長最長、頻率最低、能量最小的可見光。紅光在介質中散射性較小，衍射能力強，尤其是在霧天和大氣透過率較低的情況下，與同樣距離的其它種類光波比較，紅色光的易見性最高。由於紅色容易引起注意，具有較佳的明視效果，所以在各種媒體中被廣泛地利用。
大步舞：波長從1微米到無窮大
當電磁波的波長几乎接近或超過1微米的時候，人單憑肉眼又看不見它了，因為波的「舞步」大到和超過1微米以後，就超出了人的視覺所能感受的「可視波長極限」了。不過不用擔心，儘管人的肉眼看不到波的「大步舞」，但藉助特製的觀測儀器，人們照樣能夠欣賞到它們的迷人「舞姿」。
1微米到10微米 紅外線登場了
在這段波長區間內，科學家發現了波長在0.78微米～1毫米的紅外線。
紅外線又稱為熱輻射線，簡稱熱輻射。不僅太陽光中有紅外線，任何溫度高於絕對零度（-273.15℃）的物體都在不停地輻射紅外線，即使是冰和雪，因為它們的溫度也遠遠高於絕對零度，所以也在不斷地輻射紅外線。換句話說，任何「熱」的物體雖然不發光但都能輻射紅外線。太陽所輻射出的能量中，約有50% 的能量是在紅外線區域，而人體既能輻射也能吸收5～30微米的遠紅外光。
不同物體輻射的紅外線的波長和強度不同，利用靈敏的紅外線探測器吸收物體發出的紅外線，然後用電子儀器對接收到的信號進行處理，就可以察知被探測物體的特徵。利用紅外線遙感技術，還可以在飛機或衛星上勘測地熱、尋找水源、監測森林火情等。日常工作中，紅外線還有很多妙用：消防員可以看到濃煙內發生的情況，司機可以在黑夜安全地駕駛，工兵可以很容易檢測到地雷??
紅外線顯著的作用是熱作用，因為容易被物體吸收，轉化為物體的內能，可利用紅外線來加熱物體，烘乾油漆和穀物。利用宇宙中星體發射的紅外波段來研究宇宙世界是一個非常有效的方法，紅外天文學正在成為天文學的最重要領域之一。至今探測到的紅外源包括太陽系天體、恆星、電離氫區、分子雲、行星狀星雲、星際塵埃、類星體等。
紅外線依波長不同，又可劃分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外四大類，而且物體溫度越低，紅外線的波長就越長。
近紅外（0.76～3微米）近紅外靠近可見光，與可見光性質相似，故又稱為光紅外。諸如溫度在2000度左右的紅巨星、紅矮星和棕矮星都輻射近紅外線。
中紅外（3～6微米）在紅巨星、紅矮星和棕矮星晚期，這些天體的溫度都不足1000度，它們對外輻射中紅外線。
遠紅外（6～25微米）遠紅外是我們日常室溫情況下物體輻射的光線，人體輻射出來的紅外線就在這個波長範圍內。太陽光當中波長為8～14微米的遠紅外線是生物生存必不可少的因素，因此，人們把這一段波長的遠紅外線稱為「生命光波」。
在宇宙中，像多環芳香烴這樣的星際有機分子也輻射著遠紅外光，這些以苯環為基礎的複雜分子在高溫、強輻射的條件下是很穩定的。有機分子對宇宙生命起源的研究有重要作用。
10 微米到100微米 超遠紅外線與寒冷相伴
超遠紅外的天空被星際空間寒冷的塵埃雲支配，它們的溫度只有-200℃左右。20世紀80年代紅外天文衛星發現，這種塵埃雲遍布宇宙，我們的銀河系中也同樣瀰漫著這種塵埃雲，它們是阻礙人類對銀心進行可見光觀測的罪魁禍首。而利用超遠紅外天文望遠鏡，這些塵埃雲就變得透明了，天文學家就能瞥見那些曾經被遮蔽的世界——在濃密的塵埃後面隱藏著無數明亮的星體。
100微米到1毫米 T射線獨佔一片天
當電磁波的波長大於30微米這個「跨度」，一種性能獨特的在30微米到1毫米範圍的射線出現了，它的名字被稱為T射線（也有學者把這一波段的電磁波統稱為超遠紅外線）。
T射線是頻率為太拉赫茲(TeraHertz，等於百億赫茲)的電磁波，T射線具有很多其他射線無法比擬的優點：它既能像無線電波那樣輕而易舉地穿透某些固體物質(如硬紙板、衣服、甚至牆壁)，又能像Ｘ射線那樣透視人體而沒有傷害，同時它具備很強的分子識別能力，並且包含豐富的物理和化學信息。目前科學家正使用T射線來分析、描繪它所照射到的物質成分和密度。科學家認為可以把T射線用於內窺鏡，檢查腸道或其它器官的早期癌症。
從1毫米到10毫米 進入微波世界
微波是波長在1毫米～1米之間的電磁波，也是屬於無線電波里的特殊種類。它有一般無線電波的基本特性，還有一些鮮明的與光波近似的特性：直線性，與可見光線一樣，可以進行直線傳播；反射性，遇到金屬物體就會反射，像光波遇到鏡子被反射一樣；吸收性，容易被含有水分的物體吸收而轉變成熱能；穿透性，微波可以穿透玻璃、紙張、陶瓷、聚乙烯等絕緣物體，但不被其吸收。
微波技術是第二次世界大戰期間，由於雷達的需要而發展起來的一門電子技術。它已在通訊、原子能技術、空間技術、量子電子學以及工農業生產等許多部門都得到了廣泛的應用，並深入到醫療衛生和日常生活。如家用微波爐已進入了人們的家庭，成為烹調的得力工具。
微波武器是利用微波的能量產生高溫、電離、輻射、聲波等綜合效應，以集束形式定向發射，用於摧毀或損傷目標的一種武器。微波武器在軍事上一個很重要的作用就是對付電子設備。現代戰爭中的電子設備用其他武器很難對付，微波武器就可以大顯身手了，由於它本身就是一種發射出的電磁波，很容易對電子振蕩起到干擾和破壞作用，並能夠導致整個電子工作系統的癱瘓，從而使武器系統喪失進攻和防禦的能力。
微波武器還是對付各類隱形武器的殺手鐧。隱形武器能夠有效地避開雷達、紅外等感測器的探測和跟蹤，然而，它們遇到微波武器的高能波束就會遭殃。塗敷在這些武器上的「隱身衣」，是一些特殊的塗料，會在很短的時間內被微波武器加熱而導致毀壞，甚至可以在瞬間熔化。
在宇宙學領域，微波還成就了一個載入史冊的偉大發現，那就是宇宙微波背景輻射的發現。這一發現，使我們能夠獲得很久以前宇宙創生時期的信息。
微波又可細分為毫米波、厘米波和米波三種，毫米波（1毫米～1厘米）主要用于飛行物體進入大氣層時的通信和波導通信。
1厘米到1分米 厘米波一花獨放
厘米波主要用於大容量微波中繼通信、數字通信、衛星通信、國際海事衛星通信。
從1分米到1米 米波長袖善舞
米波主要用於小容量微波中繼通信、對流層散射通信、中容量微波通信。
從1米到10米 進入無線電波的世界
當電磁波的「舞步跨度」與成年人的一般步長跨度相當並超過人的一般步長以後，電磁波的角色就變成了無線電波了。也許正因為它的「舞步」大，才更容易被人類認識和把握。
無線電波本質是不需要通過導線、電纜或其他有型的傳輸媒介，而能在空間自由輻射傳播的電磁波。儘管人們的肉眼看不見它的「大舞步」，但它給人類創造的幸福簡直無法形容。正是它的卓越貢獻，才開啟了現代人類的通信時代。如果沒有無線電的發現和應用，現代人類文明的進步將大打折扣。
無線電波傳播的主要方式主要有地波（表面波）、天波（空間波）和直接波（直射波）三種方式。根據波長的不同，無線電波又可分為超短波、短波、中波和長波幾種。
超短波正好在1～10米的範圍內，由於頻帶很寬，因此應用很廣。超短波廣泛應用於電視、調頻廣播、雷達等方面。利用微波通信時，可同時傳送幾千路電話或幾套電視節目而互不干擾。超短波和微波在傳播特點上有一些差別，但基本上是相同的。
從10米到100米 短波的一統天下
與長、中波一樣，短波可以靠表面波和天波傳播。由於短波頻率較高，地面吸收較強，用表面波傳播時，衰減很快，在一般情況下，短波的表面波傳播的距離只有幾十千米，不適合作遠距離通信和廣播之用。與表面波相反，由於頻率增高，天波在電離層中的損耗卻減小。因此可利用電離層對天波的一次或多次反射，進行遠距離無線電通信。
從100米到1千米 中波的大舞台
中波能以表面波或天波的形式傳播，這一點和長波一樣。但長波穿入電離層極淺，在電離層的下界面就能反射。中波較長波頻率高，故需要在比較深入的電離層處才能發生反射。波長在200～2000米的中短波主要用於廣播，所以這個波段又稱廣播波段。波長在2000～3000米的無線電通信，用無線或表面波傳播，接收場強都很穩定，可用於完成可靠的通信，如船舶通信與導航等。
從1千米到1萬米 長波獨來獨往
由於長波的波長很長，地面的凹凸與其他參數的變化對長波傳播的影響可以忽略。在通信距離小於300千米時，到達接收點的電波，基本上是表面波。長波穿入電離層的深度很淺，受電離層變化的影響很小，電離層對長波的吸收也不大。因而長波的傳播比較穩定。雖然長波通信在接收點的場強相當穩定，但是它有兩個重要的缺點：由於表面波衰減慢，發射台發出的表面波對其他接收台干擾很強烈。雷電干擾對長波的接收影響嚴重，特別是雷雨較多的夏季。
現在用人工方法產生的電磁波的波長，長的已經達幾千米，短的不到1厘米，把微波也包括了在內，覆蓋了近20個數量級的波段，已經成為人類傳遞信息的有力工具。
當波的「舞步跨度」達到3000米以遠，我們暫時找不到電磁波家族的其他成員了。不過，物理學家並沒有停止這方面的探索。有一種觀點認為，電磁波的波長是有極限的，它的極限值是1020米，這是最低頻率和最長波長的電磁波。
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