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其中，x是垂直线上某点距离微波炉的距离，E0是刚刚离开微波炉门时间为零时的电场强度，λ是微波波长，T是微波周期。这个描述波动的公式表明，空间中各点的电场振幅都是一样的，只不过相位有所差别，即离微波炉近的地方首先达到电场的极大值，接下来这里的电场开始减小，而离微波炉稍远的地方电场开始增大。我们的天线电路输出的信号是正比于当地电场振幅的（因为我们测量到的是一个整流后的平均值），所以才有图4.9中各处电压信号差不多的结果。但是如果加入一个反射板，那么在微波炉和反射板之间就存在两束波：一束是微波炉发射的，另一束是反射回来的。这样空间中某一点的电场强度就是这两束波的叠加：
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式中，第二项是反射的波，L是微波炉门到反射板的距离。之所以要用2L-x，就是因为反射波到达x点时，实际上已经走过了2L-x这么远的距离。这个式子可以用三角函数的和差化积公式进行简化：
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这是一个非常有意思的表达式，空间中x点的电场强度仍然是随时间波动的，周期为T，这是cos()所表达的含义。而这一项前还有一个因子cos()，这表明空间中各点的电场振幅与位置是有关系的，例如，当或者或者λ时，cos()=0，表明这些点振幅为零，即这里的电场强度始终为零。这些零点相邻的地方，电场振幅慢慢增大，直到或者或者时，这些点的电场振幅为E0的两倍。形象地来看，这列波就好像一根橡皮筋被一些钉子钉在墙上一样，钉子的位置就是振幅为零的地方，而钉子之间的橡皮筋还是可以上下振动的，这就是驻波。
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了解了驻波的形成，我们知道它最明显的特征就是空间中有些地方的振幅为零，有些地方振幅极大。我们可以用探路者号测量看看是否如此，结果见图4.11。果然，在小车前进的途中，有些地方电场极大，天线电路输出的电压值很小，就如图4.9得到的数值一样。而有些地方天线输出电压值很大，为3～4V，表明这些地方没有电磁波的电场，就如图4.6(A)微波炉未启动时测量到的值一样。这些没有电场的地方就是驻波被“钉”在空间里的点。
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图4.11 驻波
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从前面的讨论我们得知，相邻两个电场振幅为零的地方它们的距离应该为λ/2，即波长的一半。图4.11告诉我们，在大约25cm的距离内，出现了4.5个电场振幅从零到极值的周期，所以一个“周期长度”约为5.6cm。而这个“周期长度”应该是微波波长的一半，所以我们通过这个测量得到了微波炉的波长约为11.2cm。本章最开始提到了微波炉产生的微波频率都在2.45GHz，我们可以从这两个信息得到电磁波在空气中传播的速度（即光速）为：
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频率×波长=2.45×109×0.112=2.989×108m/s
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哈哈！我们通过这么一个简单的装置和实验，就测量到了光的速度，这难道不是值得高兴的事情吗?
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探索与发现
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从一百多年前赫兹先生演示电磁波的发射和接收以来，天线和电磁波的研究不断深入，它们已经各自发展成为了一门博大精深的学科。这些研究成果转化成现实应用，也成为了生活中随处可见的产品。仅就本章所讨论的微波而言，除了加热食物以外，它还用于雷达、通信等。在工业界和科学界，微波还被用来电离气体，产生等离子体，而这些等离子体又可以用来加工电子芯片、改变材料性质等。这些看起来很高深的用处，实际上用我们日常使用的微波炉也能实现。我以前工作学习过的亚利桑那大学物理系LeRoy教授实验室就有这么一台从家电超市买来的微波炉。我们在微波炉里放入一个玻璃饭盒，并在上面连接一个真空泵的抽气管（见图4.12）。在开启真空泵的同时，向玻璃饭盒里通入少量的氧气，即保持饭盒里始终有很低压的氧。然后启动微波炉，我们就能看到如图4.13所示的壮丽图景了。
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图4.12 普通微波炉内部放入可以抽真空的玻璃盒
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图4.13 氧气被高功率的微波电离了
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玻璃盒里发射出紫色的明亮光线，这就是氧气等离子体所特有的颜色。普通微波炉能产生1000W左右的微波，这些能量被注入到微波炉的金属腔内，在金属壁之间来回反射，一小部分从前门泄漏出去，这就是我们开始探测到的微波泄漏；而大部分则留在金属腔内。微波炉不断注入新的微波，这些能量在腔内聚集，或者说腔内电磁波的电场强度在不断增大，而且没有含水的物质来吸收掉这些能量。但是当电场增加到一定强度时（通常要达到每米上千伏的电场强度），微波炉内（包括玻璃盒子内和外）的一些空气分子就会被电离了，电离以后，电子和离子分别被空间中的电场加速。但是，玻璃盒外的空气是大气压，分子密度很高，所以这些被加速的电子和离子很有可能没有获得太大的速度就撞上了别的分子，从而始终不能不受干扰地加速到很高的速度。而玻璃盒子内是低压氧气，这些电离后的电子和离子很多都能够畅通无阻地被加速很长一段距离，这样它们就获得了极高的能量，所以当它们撞到下一个分子时，足以把那个分子撞得四分五裂，从而产生新的电子和离子。就像链式反应一样，这些电子和离子被加速从而撞碎更多分子，最后整个盒子里的氧气大部分都变成了电子和离子。电子和离子碰撞的时候能够发出光，这就是我们所看到的玻璃盒里发出的绚烂的紫光。
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