这是一个看似简单却涉及到很多知识的问题。我们知道WiFi信号属于微波的一种,与无线电波、可见光、X射线及γ射线都统称为电磁波。
要说清楚这个问题,首先要搞明什么是电磁波及电磁波的性质,再逐个分解wifi信号与可见光都有哪些区别,从而确定命题的真伪。
一、电磁波
从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。
根据物理学定义:电磁波(又称电磁辐射)是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场。电磁波是电磁场的一种运动形态,变化的电场产生磁场,变化的磁场又会产生电场。变化的电场和变化的磁场,则构成了一个不可分离的统一的场,这个场就是电磁场,变化的电磁场在空间以波的形式传播就形成了电磁波。
描述电磁波特征的物理量是频率和波长,电磁波频率的单位是赫兹(Hz),电磁波波长的单位是米(m)。
如果把电磁波的频率由低至高依次排列的话,它们是工频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。
电磁波及频谱
电磁波在空间向各个方向传播并且不依靠介质,通过不同介质时,会发生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。
不同频率的电磁波在同一种介质中传播时,呈现的性质也不同。电磁波的波长越长、越容易绕过障碍物继续传播。例如:个子高的人翻墙就容易些。波长越短(小于介质的分子间隙)、穿透介质的能力越强。例如:医疗用的x光透视,电离辐射治疗等,就是利用电磁波的穿透力而实现的诊疗目的。
二、wifi信号与可见光
1、wifi信号:wifi信号属于微波范畴,其波长在7—12cm之间,与微波炉的波长相当。微波的基本性质,呈现为穿透、反射和吸收。
对玻璃、塑料和瓷器等物质,微波几乎是穿透而不被吸收。而水和食物等物质会因吸收微波使自身发热,如微波炉加热食品。
对金属类物质,则呈现反射特性。当wifi信号到障碍物(墙体)时,由于墙体材料既非水和食物、也非玻璃、塑料和瓷器等物质。
因此,wifi信号只有极少部分可以透过障碍物,大部分的wifi信号还将以波的形式呈现反射、散射和衍射现象。其主要的传播路径如下图所示:
wifi信号的传播
(1)穿透:由于wifi信号的波长远大于X射线,穿透墙体(障碍物)后的信号衰减量至少是X射线百倍以上,更何况室内wifi信号的强度只有20dB了。因此,wifi信号的穿透能力是极其微弱的。
(2)散射:是指wifi信号遇到空气中的漂浮物(尘土)时,会部分偏离原方向而分散传播的现象。
(3)反射:建筑墙体通常不存在理想光滑的表面,由此而带来的反射能力也会大打折扣。
(4)衍射:是指wifi信号遇到障碍物后,原来的传播方向被“打碎”弯散,并偏离原来直线传播的物理现象。
被“打碎”弯散的wifi信号又会通过其它途径到达手机,就给我们造成了穿墙而过的假象。
2、可见光的物理学定义为:能刺激人的视觉的电磁波。它的频率范围在39000~86000GHz之间,波长:0.7微米~0.4微米,真空中的传播速度为3x108米/秒。
可见光在电磁波频谱当中可以说是个另类,它是一种很特殊的电磁波,具有波粒二象性,所谓二象性,是指同时具有“波动性”和“粒子性”两种表象。
光的波粒二象性
(1)当电磁波的频率很高、高过可见光很多时。电磁波主要表现为“粒子性”,这种电磁波通常称作射线。
射线的波长很小,基本是小于常见物体的分子间隙,与许多物质的分子原子量级相当。
当这类射线穿透物质的时候,类似于子弹大小的东西射过一层层珠帘,碰不上珠子的就直接穿过去了,碰上的变个方向也能过去,当然会有穿过不去的。但每一个穿过去的子弹,其速度基本上是没损失。
所以,电磁波的频率越高(子弹越小)就越容易穿过。
(2)可见光的波长是常见物体分子间隙的几十上百倍,靠“粒子性”穿透障碍物是肯定是过不去了。那就只能依靠“波动性”来传播,所谓“波动性”传播,是指介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动。就相当于光波带着阻碍物的质点一同“振动”,然后通过'振动”把“节奏”带到障碍物的“对面”去。这种把“节奏”带到“对面”去的传播肯定要有损耗的,损耗的多少与障碍物的属性相关。
这就好比,同样是固体障碍物;玻璃窗透光,墙体却不透光,墙体不透光一定是损耗过大,肉眼凡胎就看不到光了。
这个现象是有些另类吧!
由此可见,“WiFi信号可以穿墙而可见光却不能”的说法不是很严密。不论是WiFi信号还是可见光遇到障碍物(墙体)时,都会按照自身的属性传播。
是不是能穿墙而过,则取决于墙体材料及分子间的尺寸。现实生活中,WiFi信号还是以反射、散射和衍射、可见光以“粒子性”为主要传播手段。正如我们能感受到WiFi信号随所处位置不同有强弱变化,阳光或灯光下的阻碍物会有阴影出现一样。