為什麼光只有橫波，沒有縱波?

01-05

機械波有橫波和縱波之分，而光也是一種波，為什麼從中學到大學教材里的光波全是橫波?

看來你沒算過波導管中的振動模式，是可以有縱波的。

如果你是指自由傳播的光波，那和規範對稱性有關。在經典的層面上，滿足規範對稱性的拉氏量推出了maxwell方程組告訴了你光波自由傳播的波動方程，從而你能解出只能是橫波。在量子層面上，光子的縱向極化不會有任何可觀測物理效應被規範對稱性所保證。

補充一點量子層面的理解，如果有錯誤懇請指正。

光子沒有縱波（換句話說螺旋度只有正負1兩種狀態）和光子質量為零這一點有很大關係。其原因，如果說的形式化一點，大概是：洛倫茲群（實際上是其二重複疊群）對於有質量和無質量單粒子態具有不同的表示。對於有質量的粒子來說，自旋+1、-1和0是屬於同一個不可約表示的，也就是說假如有一個單粒子態其自旋為+1，那麼存在一個洛倫茲變換（或者說存在另一個參照系）使其自旋變為0或者-1。但是對於無質量粒子情況則完全不同——每一種螺旋度自己是一個不可約表示，也就是說無論怎麼做洛倫茲變換它的螺旋度都是不會變的。

這些內容在直觀上也可以很容易理解：對於一個有質量粒子，我們可以先取一個參照系讓它靜止下來，然後我們可以通過純轉動使其自旋指向任意一個方向。但是對於無質量粒子，它總是以光速來運動的，所以不存在一個使其靜止的參照系能讓我們實施類似的操作。

綜上所述，對於無質量粒子，不同螺旋度的態是「分離的」，我們完全可以把他們看作是不同的粒子。我們所稱的光子，實際上包含了螺旋度+1和-1這兩個狀態。一個更極端的例子是標準模型中的中微子，它只有左手螺旋度這一種狀態。

因為光不是機械波

考慮一個平面波中的電場，如果磁場在傳播方向上強度改變，則磁場的散度不為零，與麥克斯韋方程矛盾。對於電場而言，也可以如此分析，但需要假設空間中沒有電荷。

如果空間中有電荷，則電荷間的庫侖力會產生機械波，有縱模，但已經不屬於電磁波的範疇。

【民科向】（版主高抬貴手）:

光波既是橫波也是縱波，或者說不是狹義的橫波縱波，

如果硬要說的話，是球狀波。

高大上的科學早已被我遺忘多年，但是又好想扯幾句猜測，題主看看就好了，不必認真：機械波是在介質中傳播的，也就是能量與介質共同作用完成了能量的傳播，而電磁波是靠電場與磁場的交替激勵傳播的，不需要介質……不過想想好像在微觀層面上還是解釋不到位，就這樣罷，坐等大神