关于电力,人们了解了更多。电荷之间相互作用,自然而然的解释是,正负两种电荷只是相互吸引或相互排斥。但人们发现这不是对现象的一个圆满的解释。一个更充分的描述是,正电荷的存在改变或创造了空间中的“状况”,因此当我们放入负电荷时,它会感觉到一种力,这种产生力的状况,被称为电场。当我们把一个电子放在电场中时,我们说它被“拉到”了。这样我们就有了两个规则:(1)电荷形成一个场,(2)处于场中的电荷受到力并可以移动。这样当我们讨论以下现象时,其原因就变得清晰:如果我们给一个物体(比如梳子)充电,不是然后将一张带电的纸放在离梳子一段距离外并来回移动梳子,纸张将始终随着梳子移动。如果我们摇动梳子更快,就会发现纸张有点落后,纸张的运动有点延迟。(在第一阶段,当我们缓慢地移动梳子时,我们发现了一个复杂的东西, 那就是磁性。磁性的影响与相对运动中的电荷有关,因此磁力和电力实际上可以归因于是一个领域的东西,是同一事物的两个方面。没有磁性,变化的电场就不可能存在,或者说变化的电场必然伴随有磁性)。如果我们将带电纸张移得离梳子更远,延迟会更大。然后我们观察到一件有趣的事情,虽然两个带电物体之间的力应该与距离的平方成反比,但我们发现,当我们摇动一个电荷时,这种影响比我们最初想象远得多,也就是说,效果的下降比平方的反比慢。
里有一个类比:如果我们在一池水里,附近有一个漂浮的软木塞,我们可以通过用另一个软木塞推动水来“直接”移动它。如果你只看两个软木塞,你会看到一个会随着另一个的运动而立即移动——它们之间存在某种“相互作用”。当然,我们真正做的是推动水;然后,水会推动另一个软木塞。我们可以制定一个“定律”,如果你稍微推一下水,水里附近的物体就会移动。当然,如果它离得更远,第二个软木塞几乎不会移动,因为我们只在第一个软木塞的附近推动水。另一方面,如果我们摇动软木塞,就会产生一种新的现象,即水的运动形成波浪,波浪会传播开,因此通过摇动,会产生一种更远的影响,一种振荡影响,这种影响无法用直接相互作用来理解。因此,直接相互作用的概念必须因水的存在被另一种解释所替代,或者在电学的情况下,直接相互作用的概念因为电磁场的存在被另一种解释所替代。
电磁场可以携带波;这些种波中,有光,有些波可以用于无线电广播,但它们一般的名称是电磁波。这些振荡的波可以具有各种频率。频率的不同是它们之间唯一的区别。如果我们越来越快地来回摇动电荷,并观察其效果,我们会得到一系列的不同效果,它们只取决于一个数字—-每秒钟振荡的次数。我们从建筑物墙壁的电线中通常测量到频率大概是每秒钟一百个震荡周期。如果我们将频率增加到10万个震荡周期,我们就“上线”了,因为这是用于无线电调幅广播的频率。如果我们再次增加频率,我们就得到了用于调频和电视的频率。再进一步,我们使用某些短波,例如雷达。频率更高,我们就不需要仪器来看这些波了,我们的眼睛可以看到它们,在一百万亿(1015 赫兹)震荡周期的频率范围内我们的眼睛可以看到梳子的震荡了,如果我们能够把它震动得这么快的话,它们有红光、蓝光或紫光,颜色取决于频率。低于此范围的频率称为红外线,高于此频率范围的称为紫外线。从物理学家的角度来看,我们可以看到特定频率范围内的电磁波使这一范围不再那么重要,但从人类的角度来看这当然更有趣。如果我们再提高频率,我们就会得到X射线。X射线只不过是非常高频的电磁波。如果我们再往上走,就会得到伽马射线。这两个术语,X射线和伽马射线,几乎是同义词。通常,来自原子核的电磁射线被称为伽马射线,而来自原子的高能电磁射线则被称为X射线,但在相同的频率下,无论其来源如何,它们在物理上都没有不同。如果我们再走到更高的频率,比如。1021 赫兹,我们发现我们可以人为制造这些波,例如加州理工大学的同步加速器。我们还可以测量到频率极高的电磁波,其振荡速度甚至是会高一千倍,是宇宙射线的频率, 这些电磁波是我们无法控制的。