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電波の電界と磁界に関するつぶやき
１ 電磁波に電界はない − English − ＜参考 王様は裸＞
２ 電波に係る不明瞭なこと − English −
５ 電磁波は移動する磁界 − English −
2025/09/20
＜ １ ダイポールアンテナが発する電波の不明瞭なこと ＞
○ 疑問点 １
図1に示すように、送信用のダイポールアンテナから発射され、空間を伝播する電波は、アンテナを中心とした同心円状の磁界と、この磁界をループ状に囲む電気力線（電界）で図解される。
なお、当図においては、画面を表から裏へと貫く方向の磁界を橙色、画面を裏から表へと貫く方向の磁界を青色で示す。
以下においても同配色で磁界の極性を示す。
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当説明では、ループ状の電気力線が次々と発生してアンテナから遠ざかる電波の発生過程において、図1の中央に示すアンテナの正電位部から負電位部に向かう電気力線は、両者の電位差が大きくなると円弧状に膨らみ大きくなる。
そして、アンテナ両部間の電位差が小さくなるときに、膨らんだ電気力線がアンテナから切り離され、端部が閉じてループ状になると説明される。
しかしながら、実際の電気力線は、アンテナ両端部の電位差が小さくなるときには 縮んで短くなり、電位差が零となったときには 消滅する。
したがって、ダイポールアンテナによって、ループ状の電気力線が形成されることはない。
ちなみに、アンテナの周囲に無指向性で送信されるＡＭ放送の垂直偏波の電波は、垂直に立てた１本の棒状アンテナから送信することができ、送信される電界（電気力線）は図１のように描いて説明される。しかしながら、水平偏波の電波は、水平に設置した送信アンテナと、対向して水平に設置した受信アンテナの組み合わせでしか説明されない。あえて、ＦＭやＴＶ放送に使用される無指向性の水平偏波の電界を描くならば、アンテナを中心にした同心円状になろうが、そんな電界はありえない。
○ 疑問点 ２
電気力線は、電界の存在を示すもので、下記のような性質を備え、図２のように図解される。
〔 電気力線の性質 〕
○ 正側の高電位の荷電点（始点）と 負側の低電位の荷電点（終点）の間をつないで、周囲の電場の方向を示す。
○ 電位差のある２点をつなぐ線上では電位が連続的に変化し、等電位線とは直交する。
（例えば、図２において、１本の電気力線上の Ａ１点とＡ２点の間には電位差があり、並行する電気力線上で対峙する Ａ１点とＢ点、Ｃ１点とＣ２点は同電位である。）
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図３は 図１のループ状の電気力線の一部を抽出したものである。
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当図のＡ１点とＡ２点を通るループ状の電気力線においては、始点も終点も無いループになっているため、Ａ１点とＡ２点の間には電位差が無い。
また、Ａ１点あるいはＢ点を通るそれぞれのループ状電気力線においては、Ａ１点とＢ点を通る２本の電気力線が並行しているため、両者間にも電位差が無い。
同様に、隣接し並行するループ状電気力線のＣ点とＡ１点の間にも電位差が無い。
結局、Ａ１点、Ａ２点、Ｂ点 および Ｃ点の間に電位差は無いので、図１に描かれた電界を示すためのループ状の線には意味がなく、図１に示す空間には電位差が無い。
したがって、当空間には電界が存在しないことになり、電波には電界が存在しない。
○ 疑問点 ３
電気力線の始点と終点には、図２に示すように、電荷の存在が必須である。
したがって、何もない真空中（電荷を有する物質がない）には電気力線が存在しないので、電界の存在が必須であれば、電波は真空中を伝搬できない。
なお、当初 電波を伝搬する媒体として真空中にも存在するエーテルが考えられたが、その存在は否定されている。
○ 疑問点 ４
図４に示すように、送信用ダイポールアンテナが発し空間を伝搬する電波を、正弦波状の横波で描いた電界と磁界によって図解するものがある。
しかしながら、電圧は導体中の電子の密度の差を便宜的に示す指標である。
同じように、電界は電子が存在する場における電子の密度の差を示す指標であり、その指標に実体はない。
したがって、実体のない電界には動きや振動はなく、電波の電界は横波を形成しない。
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○ 疑問点 ５
図５のように、送信用ダイポールアンテナが発し空間を伝搬する電波の様子を、電界の変動によって生成される仮想の電流である変位電流を用いて図解するものがある。
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図５においては、まず、アンテナに供給された電流によってアンテナの周りに磁界１が発生する。
次いで、磁界１を打ち消すように変位電流１が流れ、変位電流１を打ち消すように磁界２が生成される。
次いで、磁界２を打ち消すように変位電流２が流れ、変位電流２を打ち消すように磁界３が生成される。
以下、変位電流と磁界が交互に生成されることで電波が伝搬されると説明される。
しかしながら、アンテナが発する磁界１は、図６の上図に示すように、アンテナを中心にしたリング状になる。
したがって、当磁界１のすべてを打ち消す変位電流１は、トロイダルコイルに流れる電流のように、磁界１の外側を覆うように生成される。
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したがって、変位電流１に抗う磁界２が生成されるならば、図５の上図のように、当変位電流１の内側に、磁界１に重なるように生成される。
このとき、変位電流は壁のように隙間なく流れるため、磁界２は変位電流の壁を抜けて浸出できないので、図４のような、磁界１から離れて独立し、変位電流１の外に漏洩する磁界２が生成されることはない。
もし、磁界が変位電流の壁を抜けて浸出して磁界２が生成されるとしても、磁界３は 青線で示すアンテナを中心にしたリング状になる。
したがって、独立した磁界２と変位電流が一方向に鎖のように繋がって伝搬することはない。
そもそも、最初の変位電流１は磁界を生成することで磁界１を打ち消す電流であり、磁界１の打ち消しに要する過不足のない電流が発生するだけで、磁界２を生成する余剰な電流はない。
いずれにしても、磁界と変位電流が交互に発生することなく、途絶えるので、磁界と電界が対になって伝搬することはない。
○ 疑問点 ６
図５の上段に示すように、送信用ダイポールアンテナが発する磁界１を、アンテナから離し、宙に浮かせて描いて図解されるものがある。
普通に考えれば、導体（アンテナ）に流れる電流が発生する磁界は、図５の下図に示すように、導体に接する部位が最も強く、導体との間に間隙がない。
しかしながら、電波においては、磁界がアンテナから離れて宙に浮き、アンテナから遠ざかる。
図示するような変位電流には、アンテナとの間に割り込んで、磁界１をアンテナから引き離すことはできない。したがって、これまで曖昧にされてきた磁界の発生と挙動について、改めて考えることが必要である。
○ 疑問点 ７
送信用ダイポールアンテナには供給電力による定在波が形成されて、その定在波から電波が発生すると説明するものがある。
しかしながら、アンテナに定在波が形成されるなら、定在波の共振動作によって、アンテナに供給されたすべての電気エネルギ（電力）がアンテナに温存されるので、アンテナから出力される電気エネルギ（電波）はない。
したがって、アンテナに定在波が形成されているとは考え難く、これまで曖昧にされてきた供給電力（電気エネルギ）が電波（電界と磁界のエネルギ）に変換される理由を、改めて考えることが必要である。
○ 疑問点８
送信用ダイポールアンテナには供給電力による定在波が形成されて、その定在波から電波が発生すると説明するものがある。
もし、定在波から電波が発生するのであれば、アンテナに供給された信号の共振度合いによって、供給された信号の大きさと 出力される電界強度の相関が低下する。
したがって、供給される信号がＡＭ変調された信号を送信すれば、共振によって電界強度が変化するため、それを受信してＡＭ復調しても、本来の信号とは異なる質の低下した信号しか得られない。
また、ＦＭ変調された信号を送信すれば、変調された周波数によって共振度合いが変わるので、出力される電界強度が変化して、電波にはＡＭ成分が重畳することになり、それを受信してＦＭ復調しても、ＡＭ成分がノイズとなって質の低下した信号しか得られない。
また、振幅偏移変調（ASK：Amplitude Shift keying)や、周波数偏移変調（FSK：Frequency Shift Keying)によって変調されたデジタル信号を送信すれば、変化するデジタル信号に対応する周波数に共振動作が追従するため、遅れが生じ、矩形波であるべきデジタル信号の質が低下する。結果的に、デジタル信号を電波によって高速あるいは高密度に送信することが困難になる。さらに、位相偏移変調（PSK：Phase Shift Keying)となれば、デジタル信号が変化するときの位相変化によって共振動作が停止するため、信号に対応する電波を発することすらできない。
しかしながら、現実は、アンテナに供給された信号に対応する電波が発生し、信号が変形することはなく、ラジオ放送やテレビ放送は問題なく送信されている。また、通信用のデジタル信号も支障なく送信されており、アンテナで定在波が形成されているとは考え難い。
○ 疑問点 ９
送信用ダイポールアンテナが発し空間を伝搬する電波を、図４のような正弦波状の電界と磁界によって図解するものがある。
当図のように、電界と磁界が互いに直交する同相の横波と考えることが主流であり、図５のように、電界あるいは変位電流と磁界の位相がずれていると考えることは傍流となる。
しかしながら、前者では、電界が磁界 あるいは 磁界が電界を互いに生成しあう相互作用が発生しないので、電波の形成に必要な相互作用の説明には、電界と磁界の位相がずれた後者が用いられる。
また、電波がアンテナに形成された定在波から発生すると考えるならば、電位と電流（電界と磁界）の位相は 後者のようにずれている。
結局のところ、電界と磁界の位相は、同相なのか、ずれているのか、曖昧である。
○ 疑問点 １０
ダイポールアンテナを複数の微小アンテナに分解し、それぞれの小さなアンテナが発する電界や磁界を合成して、電波の様子を考察するものがある。この考察では、定在波が形成されたダイポールアンテナと相似的な動作で、同相で動作する小さなアンテナにその動作を代表させている。
しかしながら、上記にようにアンテナでの定在波の形成は疑わしいので、電波はアンテナに供給された進行波が生成すると考え直す必要がある。このとき、アンテナの各部は、順次進行する進行波に対応して、それぞれの位置で、それぞれのタイミングで、それぞれ異なった動作をすることになるので、新たな考え方が必要である。
○ 疑問点 １１
電波の中の電界を検出するために、導電性のアンテナを使用することがある。
しかしながら、電波を検出してアンテナから出力される信号には、電波の中の磁界が電磁誘導によって発生する電流が含まれる。
したがって、検出したものが電界なのか、磁界なのか判別できない。
つまり、ヘルツ博士の実験のような、導電性のアンテナを使用する実験では、電波の中に電界が存在することを証明できない。
○ 疑問点 １２
自然光は、偏光フィルタを回転することで任意の方向に偏光した光に分解できることから、自然光は偏波方向を均一に分配した同じ大きさの電磁波が複数組み合わされたものと考えられている。
しかしながら、複数の電磁波の大きさを揃え、偏波方向を均一に分配する仕組みが解っていない。
○ 疑問点 １３
電磁波の一種である光が、波の性質と、粒子の性質を持つ理由が、まだ明確になっていない。
また、光子（フォトン）とは何かについても、まだ明確になっていない。
＜ ２ 円錐ホーンアンテナが発する電波の不明瞭なこと ＞
円錐ホーンアンテナが発する電波は、図７のようなアンテナ中心軸の延長方向に移動するリング状の磁界である。
当リング状の磁界を電波の形態として示唆する資料はなく、当リング状の磁界に対応する電界（電気力線）や変位電流について示唆するものもない。
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円錐ホーンアンテナの説明書には、給電線と円錐ホーンアンテナの間に変換器を挿入しているものがある。
そして、この変換器によって、角錐ホーンアンテナやダイポールアンテナと同じ形態の電波に変換している。
リング状の磁界が認知されていないので、あえて発生しないようにして、リング状の磁界の存在については考えないようである。
＜ ３ シンクロトロンが発する光と電波の不明瞭なこと ＞
シンクロトロンにおいては、図８のようなシンクロトロン光が発せられる。
当シンクロトロン光は、光速移動する電子の進行方向を 直交する偏向磁界によって曲げたときに、生成される。
電子と磁界で考えれば、電子の周囲に生成された磁界が、偏向磁界によって分離されて直進して、リング状になったものである。
しかしながら、当シンクロトロン光は、その名の通り光として認識されるが、電波として認識されることは少ない。
そして、リング状の磁界が電磁波（電波）の一形態の光であることを示唆する資料はない。
また、上記リング状の磁界に対応する電界（電気力線）や変位電流について示唆するものもない。
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なお、シンクロトロン光は、光と電波が同じ電磁波であると考える好適な材料である。