世界第一簡單電磁學

　　磁學之所以被認為是門難懂得學問，不外乎是其含有大量的公式與定律。但本書則是從周遭的現象切入，以漫畫的方式，來說明這些發生在我們日常生活中、隨處可見的電磁學定律與現象。讓學習電磁學變得更簡易、輕鬆。

本書特色

　　看漫畫學電磁學！

　　「磁軌砲」是什麼？它是怎麼製作出來的？
　　它能摧毀其他行星？毀滅世界？是世上最終極的武器？！

　　電磁學因為有許多定律與公式，所以常被人認為是門難懂的學問。
　　可是偏偏，電磁學又是理工科系的必修！
　　本書正是為了解決這令人頭痛的問題而生。

　　本書以漫畫形式，講解發生在生活周遭的電磁學現象，包括庫倫定律、馬克士威方程式、勞倫茲力等，希望藉由輕鬆的漫畫、簡易的說明以及實際、具體又切身的範例講解，讓你輕輕鬆鬆學會電磁學！

　　想知道關於電磁學中的所有奧秘嗎？

　　不論你是對電磁學有興趣的初入門者，還是不得不學習電磁學卻不得其門而入的理工科系學生，透過本書漫畫式的講解，相信一定能讓你輕鬆學會電磁學！

作者簡介

遠藤雅守

　　１９９３年，慶應義塾大學理工學研究科博士後課程修畢、博士（工學）
　　現在：東海大學理學部物理學科教授
　　專門：化學雷射、光學共振腔、高功率雷射與雷射加工

　　＜主要著書＞
　　Edo and Walter Ed. “Gas Lasers” Marcel Dekker Inc (2006)
　　《理系人的□□的關數電卓》□□□書房 (2009)
　　《高校□大學□□□□穴埋□式電磁氣學》共著，講談社 (2011)

審訂者簡介

葉隆吉

　　現為大同大學機械系教授兼任該校總務長。專長領域為自動化機構設計及機電整合系統規劃與開發。1959年生於台北縣淡水鎮，是土生土長的農家子弟，1982年畢業於大同工學院，曾任職大同公司生產技術研究中心高級工程師，擔任自動化機械研發工作三年。1994年取得博士學位後，1985年轉任大同大學機械系任教迄今。

譯者簡介

謝仲其

　　聲音藝術家、電腦作曲、劇場配樂、錄音、評論、企劃、翻譯。台北聲音小組成員。曾於台北藝術大學藝術與科技中心擔任電腦音樂研究室助理，相關論文及作品獲得「BIAS 異響」聲音藝術展、台北數位藝術獎、數位藝術評論獎入選，對科技藝術領域有長期參與經驗。同時為動漫文化網路雜誌〈逗貓棒電子報〉專欄作家，撰文並翻譯多篇日文動漫畫業界報導及深度訪談，為華文僅見的第一手業界前線介紹。譯有《世界第一簡單測量》、《世界第一量子力學》、《3小時讀通物理》、《3小時讀通稀有金屬》等書（以上世茂出版）。

★藍色的天空、紅色的夕陽

「光的本質是什麼？」這個問題曾經苦惱著許多物理學家。人們已經透過觀測知道光線是以無比的高速前進的「某樣東西」，但是不知道這樣東西的本質究竟是什麼。牛頓等人的學派認為「光是一種粒子」，與認為「光是一種波動」的惠更斯等人的學派相互對立，但是雙方的主張都各有缺點。波動說學派的最大弱點在於，光在真空中也能傳遞此一事實。既然波就是某種物質（稱為波動媒質）的振動，照說在什麼都沒有的真空中應當無法傳遞波動才是。但是，太陽光卻是經過真空的宇宙而傳到地球上的。

馬克士威將自己發現的方程式變形後，發現存在著一種解，會讓電場Ｅ與磁場Ｂ變成波傳遞出去。他將之取名為「電磁波」。靜電力與磁力的傳遞在真空中也不會受到遮蔽，因此如果光是電磁波就不會發生矛盾了。利用馬克士威方程式計算電磁波的傳遞速度後發現，其與當時所知的光速正好一致。因此人們才知道，光就是電磁波的一種。

光的波長可以透過干涉波動來測量。測量結果發現光是波長為400到700ｎｍ（１ｎｍ是１ｍ的十億分之一）的電磁波，其波長的差異對人類而言就是能辨識出「顏色」的不同。同一時期的研究也發現到，高溫物體會因為原子的振動而輻射出可見光領域的電磁波。當然，如果沒有「光是電磁波」這種知識，那就不可能獲得這樣的發現。人們也由此得知，太陽是一顆溫度非常高（約6000℃）的球體，並且持續釋放出被稱為「光線」的、屬於可見光領域的電磁波。

好，從這裡開始進入正題。馬克士威發現電磁波之後不久，英國的瑞利男爵（John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh）讓光線通過如大氣分子這樣的小粒子之間時，發現光線會稍微散射、往斜方向擴散出去。這種現象就稱為「瑞利散射」。根據瑞利散射理論，散射的強度與電磁波波長的四次方成反比。紅光的波長大約是藍光的兩倍，也就表示其散射強度會比藍光強16倍。因此當光線從太陽射向地球時，藍色的成分會因為大氣層而往四面八方擴散出去。我們所看見的天空顏色，就是這種瑞利散射的緣故。

清晨或夕陽之所以是紅色，則是光線中未發生瑞利散射的剩餘成分（也就是紅光）筆直射進地球，打中視線前方的雲層或大氣微粒子，被我們所看到的緣故。除了這些以外，因為馬克士威的發現，各種與光線有關的現象都如雪崩般相繼被解開。因此，馬克士威發現電磁波，被稱作是物理學歷史中最重要的事件之一。

另一方面，將電磁波視為單純的波動，還是存在著某些當時已知的物理學無法說明的奇妙性質。為了說明這些性質，就誕生了二十世紀兩種代表性的物理學：「相對論」與「量子論」。比方說金屬被光線打到時會射出電子的「光電效應」現象，它可以看作是具有能量的粒子將金屬中的電子打出來，但是這卻不能用將光視為單純波動的想法來解釋它。愛因斯坦將頻率為ν的電磁波假設作能量hν（ｈ是稱為「普朗克常數」的物理常數）的粒子，完美地解釋了這個現象。這套假設稱為「光量子假說」，顯示出光的本質是既非粒子也非波動的「量子」。就在1921年，愛因斯坦因為這項成就而獲得了諾貝爾物理獎※。

※　令人意外的是，愛因斯坦究其一生只獲得一次諾貝爾獎，就是因為發現了這套「光量子假說」。