電磁波是如何前進的？

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比如可見光，為什麼會向著一個方向傳播？是什麼導致這種現象的？

電磁波是由同相振蕩（Propagation Direction所指方向）且互相垂直的電場（Electric Field，E）與磁場（Magnetic Field，B）在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面（Propagation Direction所指方向）。

最左側是電場E與磁場B在一個確定振幅區間[-A, +A]，相同頻率，有規律的做著相同的周期性增減。他們這樣周期性增減的結果就是向他們構成平面的垂直方向（右下方）發射電磁波，他們的波是曲線，所以題主看著是曲線運動的，但是他們總體的運動方向是一條直線。

*上面一句話描述的是這個圖，圖為gif，知乎不支持，請自行打開外鏈 http://askthephysicist.com/images/wave_anim_1_.gif

和其它的所有波一樣，水面波在通過一個比波長大很多的缺口時，也呈現出直線傳播的效果

1，假設一個理想介質區域，裡面沒有任何的外界影響（引力和其他力），且離波源很遠（除去波源的影響），這樣波才能保持狀態地直線前進。

2，再假設一個受力粒子，磁場受力的就給定一個垂直於磁場方向運動的電荷，電場就給定為靜電荷就行。還得假設這樣的受力粒子不對電磁波產生影響，因為需要的只是受力情況，要討論的與粒子本身無關。

3，終於可以開始討論電磁波的直線前進問題了。電磁波在第一個假設的基礎上是沿著直線傳播的，因為在沒有其他影響的情況下，物質的狀態是不會發生改變的，速度還是那個速度，方向還是那個方向，所以它會以一個方向直線前進。

電磁波本身是包含了兩種波——電場形成的波，磁場形成的波。波在前進方向上的z隨時間t變化的同時他們的強度也在隨t變化。

兩者在互相轉化的過程中由於能量完美轉換，所以這種轉換過程並不會給波一個改變運動狀態的能量，波的前進方向就不會受到自身的影響，依舊是直線。

4，電磁波本身並沒有在三維空間中除前進方向外有坐標的變化，我們經常看到的EHz圖本身就不是x和y方向的變化，而是E電場強度和H磁場強度的變化。一些人將E和H理解為x和y在方向上的變化是不對的，這也是導致一些人認為波是曲線的致命原因。在波的前進方向上，波就只沿著這條線行動。至於E和H的變化，我們可以借用線性代數的思想將E和H化為兩個緯度。兩種波在各自的緯度中變化，並不在三維空間中顯現變化。但是這兩個緯度在量上卻又是相關的。通俗些來說，三維空間就相當於是三維坐標的z軸，E維和H維就相當於是x和y軸。E和H的轉化就相當於只是x和y之間的函數，z可以取任意值，對x和y沒有影響，表現為柱面。E和H的變化和三維空間位置的變化是完全不相關的兩組緯度，波在三維空間中的運動和E，H的變化並無關係。

E和H之間的關係就是麥克斯韋方程組，物理表現為方向上互不干擾的正弦波。這是兩種波在強度轉換上的關係。

5，而兩種波在能量外與三維空間卻仍有方向的聯繫，或者說方向就是三維空間的屬性（方向也可由麥克斯韋方程組得到）。

這時第二個假設就用到了，以z方向為直線前進的方向，將受力粒子放在前進方向之上，隨著t的改變（當然z也是時間的函數，z同樣會變），粒子將受到不同大小的力，這是上一條中E和H隨時間t的轉換導致。兩種受力粒子在這種力的影響下將有個向x軸和y軸方向散開的趨勢，這種趨勢的方向就是E和H的方向，即常見的EHz圖的E和H的方向。也就是說，E和H在x軸和y軸方向上只有強度的變化，沒有位置上的變化，與波的傳播無關。真正有x和y方向變化的是在t時刻放在傳播方向的粒子的運動方向

6，這只是在多種限制下的理想狀態的思考，真正的宇宙複雜多變，多種力場的複合作用下，加上介質的改變和其他因素，電磁波很難是直線的傳播。

7，第一次回答，個人見解，目前電磁場學得也不深，如有錯誤請嚴厲指出。隨著知識積累我也會更嚴謹的。

接著前面兩位說吧。電磁波的傳播是由於電場與磁場在介質中的振蕩產生。傳播方向就是電場矢量與磁場矢量的外積（看樓上的圖），稱之為波印廷矢量，這裡不在贅述。

還有就是與介質有關！光的直線傳播也是在各向同性介質這個條件下的。介質條件不一樣，產生的電場或磁場會有變化，波印廷矢量就不在是在原來的方向上了。傳說中的折射、大氣的蒙氣差效應就是這麼產生的。

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