电磁波与可见光的划分
众所周知，现在文明通信的基础无线电波，无线电波是指波长大于红外线的电磁波，按波长的长短可以粗略的分为微波、短波、中波、长波
移动通信有 2G、3G、4G、5G 等，这里的 G 是指 Generation 第几代，并不是指频率，频率大概在 一两千 MHz 的范围内
按照波长从小到大进行划分，得出如下图形所示，其中的可见光的波长是一段很窄的范围，约为 380nm~750nm，波长长度是一个非常非常小的值
原子的尺寸大约在 0.1~0.5 纳米，苹果在 2023 年量产的芯片工艺制程已经达到了 3 纳米，波长在纳米级别的可见光依然是一个很小很小的值
波长 λ 就是波形中两个波峰或者两个波谷之间的尺寸，频率 f 是指一秒钟内电磁波传输的距离中有多少个波长，光速波长频率的关系由 c = λf 决定
不同于声音等机械波（纵波），电磁波是电场和磁场交替振荡形成的横波，传播可以不需要介质，能够在真空中传播（如光、无线电波）
但当它进入由原子/分子构成的介质时，会与这些物质发生相互作用，从而改变其传播状态，折射率是描述这种相互作用强度的物理量
光在真空中的传播速度是 3.0x10^8 米/秒，更准确的说这是电磁波的传播速度，在介质中的传播速度受折射率影响，如空气的折射率 n ≈1.0003，通常认为等同于真空
光在介质中的传播速度由 v = c/n 决定，这里的 n 是介质的折射率，c 是光速常数，其中折射率 n 取决于介质的电极化率（χₑ）和磁化率（χ₍m₎），太复杂这里先忽略
光纤通信原理和现状
现代网络的高速传输得力于光纤的发展，光纤是以我国高锟为首的理论研究为基础，高锟因此也被公认为光纤通信之父，高锟并于2009年获得诺贝尔物理学奖
光纤的核心材质是玻璃，更准确地说是超高纯度的二氧化硅（石英玻璃），光纤通信主要工作在红外光波段，使用了几个不同波段，范围在 1260nm ~ 1625nm 之间
纤芯的折射率 n 约为 1.46，光在光纤中通过全反射沿锯齿形路径传播，因此光在光纤中走过的距离要大于光纤的实际长度，光纤实际传输速度约在 2.0x10^8 米/秒
远距离国际通信是通过铺设海底光缆传输的，这里有全球海底光缆的铺设情况 https://www.submarinecablemap.com/ ，大陆的海底光缆出海口主要集中在上海和香港
顺便提一下，和电磁波不同，声音是一种机械波属于纵波，它的传播需要介质，无法在真空中传播，振动方向与传播方向平行，通过分子或原子的振动传递能量的
初中物理学过，光具备波粒二象性，光是电磁波的一部分，更完整的描述是对于电磁波，无论频率高低、是否可见，本质上都是光子流，具备波粒二象性
声音的传播距离与声源发出的能量相关，电磁波的传播距离与发射功率相关，在理想真空中，电磁波传播本身的能量并不会衰减，但圆周几何扩散会导致越来越稀薄
在介质中传播的时候，介质与电磁场相互作用，吸收其能量并将其转化为热能，叠加圆周几何扩散，最终导致信号越来越弱，工程实践是通过放大器或加大发射功率
电磁波对人体有害吗
经常会有商家出于营销目的，过度宣传防辐射之类的一些产品，比如办公室通过绿植吸收辐射，孕妇穿防辐射的衣服，那么电磁波是否会人体有害呢？
这里有一个基本的物理现象，电磁波辐射是圆周几何扩散的，办公桌的绿植，并无法阻挡显示器的电磁波向你这侧的传播
可以总结为一句话，波长越短的电磁波对人体的伤害越大；但是抛开剂量谈毒性都是不靠谱的，例如 X 光对人体有害，但是一次 X 光胸透伤害却是微乎其微的
比如，长时间在太阳底下爆晒，可能会导致人体出现中暑的情况，那是因为其中电磁波能量被人体吸收后，转换为热能最终导致人体热平衡崩溃
太阳光中，红外线成分占约 50%，主要提供热量，可见光占约 43%，提供照明与光合作用能量，紫外线占约 7%，以UVA和少量UVB为主，具有生化效应
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UVA（315–380纳米）：穿透力强，可达皮肤真皮层，导致晒黑、光老化
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UVB（280–315纳米）：部分被臭氧层吸收，引起晒伤、皮肤癌，但促进维生素 D 合成
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UVC（10–280纳米）：能量最强，但几乎被臭氧层完全吸收，一般到达不了地面
能伤害人体的辐射称为电离辐射，这里的电离指让原本中性的原子或分子，因为失去电子而变成带正电的离子，这个过程会破坏物质的化学结构
辐射指能量以波（电磁波）或粒子（亚原子粒子）的形式在空间传播，会直接破坏构成身体的细胞、DNA 等微观结构的化学键
当高速粒子穿过生物组织时，击中生物大分子（如DNA、蛋白质、细胞膜脂质）的关键部位，将其原子电离或打断其化学键，直接导致分子结构损伤
因此，电离辐射的主要类型有
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电磁波形式：位于可见光左侧的电磁波，包括 X 射线和伽马射线，其中紫外线的 UVC 和部分 UVB 属于弱电离辐射
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粒子流形式：α粒子、β粒子、中子等高速粒子，通常来源于放射性原子核，或核反应堆
那么 wifi 对人体有害吗
wifi 主要工作在两个免授权的公共频段：2.4 GHz 和 5 GHz，这里的 G 是频率，和手机信号的 2G 、3G、4G、5G 不是一回事
将这里的频率转换为波长，那么 wifi 信号的波长大概在 5 厘米到 12.5 厘米，位于可见光的右侧，属于微波范围
加大发射功能，并不会改变波长等物理属性，但会改变空间辐射能量大小的度量，对人体可能会产生热效应，和晒太阳本质一致，但不属于电离辐射
显示器对人体有害吗
显示器工作的时候会发射微量紫外线、可见光、以及低频电磁波，其中微量的紫外线已经被面板和滤光片几乎完全吸收
主流显示器通过如 TCO认证、ENERGY STAR、RoHS 等认证标准，对电磁辐射（EMF）、闪烁、蓝光等都有严格的限制
与其担心显示器工作时对人体造成的电磁波辐射，不如想想长时间使用显示器会导致的眼睛疲劳、久坐带来的健康问题，这更应该值得关注
万物皆辐射
任何温度高于绝对零度的物体都在持续地对外辐射电磁波能量，这是由物体内部分子、原子的热运动产生的，这种辐射称为热辐射
小到一滴水、一块冰、大到太阳，都在持续的对外进行热辐射
低温物体的电磁波辐射，波长主要位于远红外区甚至微波波段，人体（约37°C）也在持续辐射这种波长的红外线，红外检测就是基于这个原理进行的
随着温度升高，物质辐射的总能量急剧增加（与温度的四次方成正比），同时波长向短波方向移动
例如，火苗燃烧至在 500 到 900 度的时候，发射的是红光，火苗呈现红色，当燃烧至1400 甚至 1600 度以上时，发射的是蓝光，火苗呈现蓝色
电磁波怎么携带信息的
电磁波携带信息，可以分为几步步骤：调制、发射、传播、接收和解调，传播的是编码后的 0、1 这样的二进制信息
电磁波本身是高频振荡的电场和磁场，并不直接包含复杂信息（如声音、图像、数据），它的基本特征参数有三个：幅度、频率、相位
实现上是通过调制振幅、频率、相位，将信息进行编码，然后通过电场和磁场进行传播，接收方解码信息还原出传播的信息
现代数字通信中，信息是 0 和 1 的二进制流，调制方式更为复杂和高效，通常是上述基本方式的组合或变形
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幅移键控：用不同的幅度代表 0 和 1
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频移键控：用不同的频率代表 0 和 1
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相移键控：用不同的相位代表 0 和 1
调制后的波形信号，会被加载到特定的高频无线电波（对于 wifi，主要是 2.4 GHz 或 5 GHz 频段）上，然后通过路由器的天线发射出去
光和物体有颜色吗
光并没有颜色，物体也是没有颜色的，牛顿的三棱镜实验发现太阳光折射后可呈现出彩色光七种颜色，即红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫
但更准确的说，光（电磁波）只有波长物理属性，并没有颜色属性，三棱镜实验只是证明了太阳光是由七种频段的光复合组成
三棱镜之所以能将白光分解成七种颜色的光谱，根本原因在于三棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，这个又称为 “色散” 现象
纯净水的折射率是 1.33，严谨的说法应该是（还和温度、压力相关）：对于波长为 589.3 纳米的钠黄光来说的，该波段的光位于可见光谱中黄色区域附近
红花绿叶，红花是反射了红色波段的光谱，吸收了其他波段的光谱，绿叶是反射了绿色波段的光谱，吸收了其他波段的光谱
吸收的本质是什么？需要从原子的层面进行理解
原子由原子核和绕核运动的电子组成，而电子只能在某些特定能量的轨道（能级）上，不能处在任意能量
光是由许多的光子组成，光子是光的最小能量单位，每个光子有特定能量，能量大小由波长决定，不同波长的光子，它的能量是不同的
当光照射到物体上时，如果光子的能量，刚好等于一个电子从一个低能级轨道跃迁到某个高能级轨道所需的能量差，那么这个光子就被吸收掉，电子跃迁到高能级
如果光子的能量不等于任何可能的电子能级差，它就不会被这个原子的电子吸收，可能直接穿过去或者被反射、散射
我们看到的物体颜色，是物体与光相互作用，然后反射光线入射到眼睛看到的效果，颜色是大脑对眼睛接收到的信号进行解释后产生的主观感觉
人眼视网膜上有视锥细胞（对颜色敏感）和视杆细胞（对明暗敏感），视锥细胞主要分为三种，分别对短波（S，蓝）、中波（M，绿）、长波（L，红）敏感
反射光进入眼睛后，不同波长的光刺激这三种细胞的比例不同，这些信号通过视神经传到大脑视觉皮层进行加工，最终大脑进行解释后产生颜色的主观感觉
色盲是因为色觉缺陷或色觉异常，是指由于视网膜上一种或多种视锥细胞功能异常或缺失，导致色盲群体辨别颜色能力下降或丧失的一种视觉状态
有些动物能看到可见光之外的电磁波，是因为它们的眼睛拥有与人类不同、感受更广光谱范围的光感受器
例如，蜜蜂有两只大的复眼和三个小的单眼，复眼中有专门的紫外感光细胞，蜜蜂的色觉系统是 “紫外-蓝-绿” 三原色，但是蜜蜂看不到人类眼睛看到的红色