電磁波の仕組み — 電場と磁場が波になって前進する

電磁波の実体は、電磁場そのものの伝わりです。

• エネルギーの流れの向きと大きさは ポインティングベクトル（E×B の向き）で表される
• 波の強さ（強度） は、振幅の2乗に比例する
• 振動の向きの偏り＝偏光。同じ電磁波でも、電場が縦に振れるか横に振れるかで区別できる（偏光サングラスやアンテナの向きに関わる）

電磁気の全体は、4つの法則＝マクスウェル方程式にまとまります。

1. 電場の湧き出し（ガウスの法則）
2. 磁場に湧き出しは無い（磁気のガウスの法則）
3. 変化する磁場が電場を生む（ファラデー）
4. 変化する電場が磁場を生む（アンペール・マクスウェル）

これらを組み合わせると波動方程式が導かれ、真空中の伝播速度が c = 1/√(ε0 μ0) と出てきます。ε0（電気）と μ0（磁気）という、電磁気の基本定数だけで速さが決まる。その値が観測された光速と一致したことで、「光は電磁波である」と結論されました。媒質（かつて仮定された「エーテル」）は不要だったのです。

電磁波は、量子の視点では光子（フォトン） の集まりでもあります。

• 光子1個のエネルギーは E = hν（h＝プランク定数、ν＝周波数）
• 周波数が高い（X線・ガンマ線）ほど、光子1個のエネルギーが大きい（だから人体に影響しうる）
• 「明るさ・電波の強さ」は、光子の数（＝強度で、振幅の2乗に比例）の側で決まる
• 波（干渉・回折）としても、粒（光電効果）としても振る舞う＝波と粒子の二重性

周波数は光子1個のエネルギー（粒の性質）、強度＝振幅の2乗は明るさ（光子の数）、と分けて捉えると混乱しません。

• 放射の源 — 加速する電荷が電磁波を放つ。アンテナ内で電子を揺さぶると電磁波が生まれる
• 近傍界と遠方界 — アンテナのごく近く（エネルギーが行き来する領域）と、離れて自立して進む波の領域は性質が違う
• 指向性・回折 — 波長より十分大きい障害物は影を作り、波長と同程度なら回り込む（回折）。高周波（短波長）が直進的なのはこのため
• 帯域と情報量 — 使える周波数の幅（帯域）が広いほど、単位時間に運べる情報が増える（通信容量の物理的な上限に関わる）

「Wi-Fiの電波」も、突き詰めれば太陽の光やX線と同じ、マクスウェル方程式に従う1つの現象——という所まで来ると、電磁波の全体像がつながります。