如下圖所示，伽瑪射線爆會釋放出宇宙中最強大的電磁輻射，但它的頻率并不是最高的。中子星或者黑洞合并時會在短時間內釋放出大量的伽馬射線，超大質量恒星爆炸時也會在短時間內釋放出大量伽馬射線，這就是伽瑪射線爆。它是宇宙中最強大的能量活動。

伽瑪射線的頻率非常高，頻率范圍在10^18Hz～10^22Hz之間，波長不到0.001納米。當原子核發生能級躍遷時，便會產生伽馬射線。核武器和核反應堆中就有它的存在，它能夠對人體產生非常大的危害。那么還有比伽瑪射線頻率更高的電磁波嗎？電磁波的頻率存在上限嗎？

為了討論這個問題，讓我們先來了解一下電磁波的相關知識。

什么是電磁波？

現如今，人類的生活已經離不開電磁波了。從微波爐到電視、電話，從移動網絡到WIFI，都需要用到電磁波。它雖然看不見、摸不著，但它在我們的生活中已經根深蒂固了。

電磁波并不神秘，它是在空間中以波動形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。頻率越高，粒子性越強；頻率越低，波動性越強。電磁波是橫波，其傳播方向與電場方向和磁場方向三者互相垂直。通常任何溫度在絕對零度（-273.15℃）之上的物質或粒子都能夠向外界輻射出電磁波，只是人眼只能感知到頻率很窄的電磁波，被稱之為可見光。

上圖為電磁波在空間中的傳播方式示意圖，傳播方向不變，但是電場和磁場的方向卻在不停的交互變換。

早在19世紀，麥克斯韋就從理論上預言了電磁波的存在，認為光也是一種電磁波、電磁波的速度與光速相同。1888年，德國物理學家赫茲通過實驗證實了麥克斯韋的預言。因為這些成就，赫茲（Hz）被用作國際單位制下頻率的單位名稱。

上圖為麥克斯韋的肖像，他是人類歷史上最偉大的物理學家之一。

電磁波的頻譜

頻率就是電磁波在單位時間內完成周期振動的次數。在自然界中，電磁輻射往往和溫度有關，溫度越高，物體向外輻射出的電磁波的頻率也就越高。可見，頻率是電磁波一個很重要的特性。

電磁波的速度就是光速（約30萬千米每秒），由由于真空中的光速是恒定的，因此一旦確定了頻率，波長也就隨之確定了。電磁波的速度、頻率和波長滿足關系：c=λf 。

基于頻率，從低頻到高頻，我們將電磁波劃分為：無線電波（又可細分為長波、中波、短波）、微波、紅外光、可見光、紫外光、X光和γ射線，它們構成了一個完整的電磁波譜。其中人眼可見的電磁波的頻率范圍為在 3.9×10^14～8.6×10^14 Hz 之間，對應的波長范圍在400～760nm之間。不過有少數人可以感知到波長范圍在380nm~780nm的電磁波。

電磁波的頻率可低至幾千赫茲，此時電磁波的波長可達幾十千米。由于電磁波的頻率較低時，其能量也較低，因此在傳播過程中衰減的很厲害。雖然電磁波的傳播不需要介質，但是當電磁波的頻率較低時，需要借助有形的導電體才能傳播。

X射線又叫倫琴射線，常用于醫學檢查，它的頻率為10^15～10^22Hz，沒有伽瑪射線的頻率高。當原子中核外電子發生能級躍遷時，如果能量差較大，就會輻射出X光。紫外光可以用來消毒殺菌，有利也有弊，它也會對人的皮膚產生危害，太陽中就含有大量的紫外光，幸虧地球大氣層有臭氧，可以阻擋大部分紫外光。而任何有溫度的物體都會向外輻射出紅外光，夜視儀或熱成像儀就是基于這個原理。無線電波的頻率約為 10KHz～30GHz，無線通信就是靠的它。頻率越高，單位時間內能夠傳遞的信息就越多，所以說5G網絡使用的無線電頻率就比4G網絡高。

如上圖所示，核外電子發生能級躍遷，并輻射出能量為ΔE的光子。普朗克常數是定量，發生躍遷時釋放的能量大小便決定著光子的頻率。

頻率存在上限嗎？

伽瑪射線的頻率已經很高了，但這并不是最高的，科學家在實驗室中已經能夠產生10^26Hz的電磁波，此時的電磁波性質更偏像粒子。

光速不變，根據波長和頻率的關系，似乎只要波長無限短，電磁波的頻率就能無限高。量子力學告訴我們，從微觀世界來看物質的運動并不是連續的，而且存在最小的運動變化尺度。這并不是數學題，根據量子力學，電磁波的波長不能無限短，因此電磁波的頻率必然就存在一個上限值。

這個極短的長度被叫做普朗克長度，其大小約為1.6x10^-35米，僅相當于一個質子直徑的10^22分之一。它是物質世界中存在的有意義的最短長度，沒有比這還小的尺度了。普朗克長度的數值由萬有引力常數G、光速c和普朗克常數h三者來決定。

通過計算，理論上電磁波的最高頻率不能超過1.9x10^43Hz。這與人類目前所能產生的超高頻電磁波相比，它們之間相差了17個數量等級。頻率這么高的電磁波，也許只能在宇宙大爆炸時才能產生。

還可以算一算其它數據。根據波粒二象性，超高頻電磁波可以看作粒子，即光子。光子的能量用公式E=hv（其中，h為普朗克常數，數值大小為6.6×10^-34 J·s ；v為光子的頻率）計算。當光子的頻率達到上限時，該光子的能量約為1.2x10^10焦耳。能量和質量存在聯系，根據質能方程E=mc^2，該光子的能量所對應的質量約為0.00013克。

由此可見，除了數學世界，真實世界中并不存在無限，總是存在各種各樣的限制。不僅光的傳播速度存在上限，光（電磁波）的波長或頻率也存在上限。正因如此，宇宙中事物的運動變化才有規律可循。