電磁放射

マクスウェル方程式とその解（パノフスキー・フィリップス方程式）は、電場と磁場の成分の振幅が、発生源と観測者間の距離（1/r）に反比例して減少することを示しており、これにより遠距離でも検出可能となる。^{[ 7 ]}これらの成分は、放射の 伝播方向（n ）に対して垂直である。

1つは${\displaystyle \mathbf {E} \perp \mathbf {B} \perp \mathbf {n} }$EとBの関係は以下の通りである。 $${\displaystyle \mathbf {B} ={\frac {\mathbf {n} \times \mathbf {E} }{c}}}$$また、これらの場は光速、すなわち299,792,458  m/sで 空間を伝播することにも注意してください。

電磁放射は、荷電粒子の加速によって生成され、太陽やその他の天体から自然に放出される場合もあれば^{[ 8 ] [ 9 ]} 、さまざまな用途のために人工的に生成される場合もある。電磁波のエネルギーは、放射エネルギーと呼ばれることもある^{[ 10 ] [ 11 ]}。電磁波のエネルギーは、空間を伝わるのに伝搬媒体を必要とせず、真空中を光速で移動する^{[ 12 ]。}

電場と磁場は重ね合わせの性質に従います。したがって、特定の粒子または時間的に変化する電場または磁場による場は、他の原因による同じ空間に存在する場に寄与します。さらに、これらはベクトル場であるため、すべての磁場ベクトルと電場ベクトルはベクトル加算に従って加算されます。^{[ 13 ]}例えば、光学では、2 つ以上のコヒーレントな光波が相互作用し、建設的または破壊的干渉によって、個々の光波の成分放射照度の合計からずれた結果放射照度が生じる可能性があります。^{[ 14 ]}光の電磁場は、真空などの線形媒質中の静的な電場または磁場を通過することによって影響を受けません。しかし、一部の結晶などの非線形媒質では、光と静的な電場および磁場との間に相互作用が生じる可能性があります。これらの相互作用には、ファラデー効果とカー効果が含まれます。^{[ 15 ] [ 16 ]}

屈折では、密度が異なる媒質を通過する波は、新しい媒質に入るときに速度と方向が変わります。媒質の屈折率の比が屈折の度合いを決定し、スネルの法則で要約されます。複合波長の光（自然光）は、プリズムを通過すると、プリズム材料の波長依存性屈折率（分散）のために可視スペクトルに分散します。つまり、複合光内の各成分波は異なる量だけ曲がります。^{[ 17 ]}

電磁放射は、波動性と粒子性の両方の性質を同時に示します（波動-粒子二重性として知られています）。波動性と粒子性の両方の特性は、多くの実験で確認されています。電磁放射を比較的長い時間スケールと長い距離で測定すると波動性がより顕著になり、短い時間スケールと距離で測定すると粒子性がより顕著になります。たとえば、電磁放射が物質に吸収されるとき、関連する波長の立方体内の平均光子数が 1 よりはるかに小さい場合、粒子のような特性がより顕著になります。光が吸収されるときにエネルギーの不均一な沈着を実験的に観察することはそれほど難しくありませんが、これだけでは「粒子」の挙動の証拠にはなりません。むしろ、それは物質の量子性を反映しています。^{[ 18 ]}電磁放射と電子などの物質との相互作用の量子理論は、量子電磁力学の理論によって説明されます。

電磁波は偏光、反射、屈折、回折することができ、互いに干渉することもある。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}単一光子の自己干渉など、電磁波の波動性と粒子性の両方を示す実験もある。^{[ 22 ]}低強度の光を干渉計に通すと、粒子特性に合致するように、光電子増倍管やその他の高感度検出器によって装置の一方の腕に沿ってのみ検出されるが、そのような検出が多数蓄積されると、波動特性に合致する干渉が生じる。

均質で等方性の媒体では、電磁放射は横波であり、^{[ 23 ]}その振動はエネルギーの伝達と伝播の方向に対して垂直である。これは次の式から導かれる。$${\displaystyle {\begin{aligned}\nabla \cdot \mathbf {E} &=0\\\nabla \cdot \mathbf {B} &=0\end{aligned}}}$$これらの式は、電磁波は必ず横波であり、電場Eと磁場Bはともに波の伝播方向に対して垂直であることを規定している。電磁波における電場と磁場は、一方の場が他方の場からどのように生成されるかを規定する2つのマクスウェル方程式を満たすように、一定の比率で強度が保たれている。無散逸（無損失）媒体では、これらのE場とB場は同位相であり、両方とも空間内の同じ点で最大値と最小値に達する。

2つのソースフリーのマクスウェル回転演算子方程式で記述される遠方電磁放射では、一方のタイプの場の時間変化は他方の場の回転に比例する。これらの導関数は、電磁放射における電場Eと磁場Bが同位相であることを要求する。光の性質における重要な側面の一つは、その周波数です。波の周波数は振動の速さであり、周波数のSI単位であるヘルツ（Hz）で測定されます。1ヘルツは1秒間に1回の振動に相当します。光は通常、複数の周波数を持ち、それらが合わさって合成波を形成します。異なる周波数は異なる屈折角を受け、この現象は分散として知られています。

単色波（単一周波数の波）は、連続する谷と山で構成され、隣接する2つの山または谷の間の距離を波長と呼びます。電磁スペクトルの波は、大陸よりも長い非常に長い電波から、原子核よりも小さい非常に短いガンマ線まで、大きさが異なります。周波数は波長に反比例し、次の式で表されます。^{[ 24 ]}

${\displaystyle \displaystyle v=f\lambda }$

ここで、 vは波の速度（真空中ではc 、その他の媒質中ではそれ以下）、 fは周波数、λは波長である。波が異なる媒質の境界を通過する際、速度は変化するが、周波数は一定のままである。

自由空間における電磁波は、マクスウェルの電磁波方程式の解でなければなりません。解には主に平面波と球面波の2種類が知られています。平面波は、発生源から非常に遠い（理想的には無限遠の）距離にある球面波の極限と見なすことができます。どちらのタイプの波も、任意の時間関数である波形を持つことができます（ただし、波動方程式に適合するのに十分な微分可能性が必要です）。任意の時間関数と同様に、これはフーリエ解析によって周波数スペクトル、つまり個々の正弦波成分に分解することができ、それぞれの成分は単一の周波数、振幅、位相を持ちます。このような成分波は単色波と呼ばれます。

干渉とは、2つ以上の波が重なり合って新しい波のパターンが生成される現象です。電場の成分が同じ方向にある場合は建設的干渉が起こり、反対方向にある場合は破壊的干渉が起こります。さらに、複数の偏光信号を組み合わせる（つまり干渉させる）ことで新しい偏光状態を形成できます。これは平行偏光状態生成として知られています。^{[ 25 ]}

ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、電気と磁気の方程式の波形を導き出し、それによって電場と磁場の波動性とその対称性を明らかにした。波動方程式によって予測された電磁波の速度が測定された光速と一致したため、マクスウェルは光自体が電磁波であると結論付けた。^{[ 26 ] [ 27 ]}マクスウェルの方程式は、ハインリヒ・ヘルツによって電波の実験によって確認された。 ^{[ 28 ]} 4つの方程式のうち、マクスウェルが改良した方程式はファラデーの誘導の法則とアンペールの周回法則の2つであり、マクスウェルは変位電流項を方程式に追加して拡張した。マクスウェルは、束縛電荷の運動と見なした変位電流が磁場を生み出すと考えた。^{[ 29 ]}他の2つの方程式は、ガウスの法則と磁気のガウスの法則である。

マクスウェル方程式は、一部の電荷と電流（発生源）が、その近傍に放射しない局所的な電磁場を生成することを明らかにしました。電流は、電流からの距離とともに減衰する磁気双極子型の磁場を直接生成します。同様に、変化する電位によって導体内で押し離された移動する電荷（アンテナなど）は、電気双極子型の電場を生成しますが、これも距離とともに減衰します。これらの場が近傍場を構成します。これらの挙動はいずれも電磁放射の原因ではありません。むしろ、変圧器内部など、発生源のごく近傍にある受信機にのみ効率的にエネルギーを伝達します。近傍場は発生源に強い影響を与え、受信機によって取り出されたエネルギーは発生源の負荷増加（電気リアクタンスの減少）を引き起こします。近傍場は空間に自由に伝播して距離の制限なくエネルギーを運び去るのではなく、振動し、受信機に吸収されなければ送信機にエネルギーを戻します。^{[ 30 ]}

対照的に、遠方場は送信機から独立した放射で構成されています。つまり、送信機は、信号が何かに吸収されるかどうかに関係なく、場の変化を送信するために同じ電力を必要とします。たとえば、ラジオ局は、より多くの受信機が信号を使用しても、電力を増やす必要はありません。電磁場のこの遠方部分は電磁放射です。遠方場は、送信機の影響を受けることなく伝搬（放射）します。これにより、送信機を出た後、その存在とエネルギーが送信機と受信機の両方から完全に独立しているという意味で、遠方場は独立しています。エネルギー保存の法則により、光源の周りに描かれた任意の閉曲面を通過する電力の量は同じです。等方性光源からの電磁放射の電力密度は、光源からの距離の2乗に反比例して減少します。これは逆二乗法則と呼ばれます。近方場の双極子部分による電界強度は逆三乗法則に従って変化するため、^{[ 31 ]}距離とともに減衰します。

近接場と放射場の区別は、電荷と電流の任意の分布によって生成される電場と磁場の一般的な表現を与えるパノフスキー・フィリップス方程式によって示されます。パノフスキー・フィリップス方程式の項は、2つのカテゴリに分けられます。「近接場」の項は、${\displaystyle 1/r^{2}}$依存性があり、発生源のすぐ近くでのみ重要です。「遠方場」の項は${\displaystyle 1/r}$依存性。距離による減少が緩やかなため、発生源から離れるにつれて、それらが支配的になる。

${\displaystyle \mathbf {E} ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\,\displaystyle \iiint \left({\color {green}{\frac {[\rho ]\mathbf {n} }{r^{2}}}+{\frac {\left(\left[\mathbf {J} \right]\cdot \mathbf {n} \right)\mathbf {n} +\left(\left[\mathbf {J} \right]\times \mathbf {n} \right)\times \mathbf {n} }{c\,r^{2}}}}\mathbin {\color {red}{+}} {\color {red}{\frac {\left(\left[{\dot {\mathbf {J} }}\right]\times \mathbf {n} \right)\times \mathbf {n} }{c^{2}r}}}\right)\,dV'}$

${\displaystyle \mathbf {B} ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\,\displaystyle \iiint \left({\color {green}{\frac {\left[\mathbf {J} \right]\times \mathbf {n} }{c^{2}r^{2}}}}\mathbin {\color {red}{+}} {\color {red}{\frac {\left[{\dot {\mathbf {J} }}\right]\times \mathbf {n} }{c^{3}r}}}\right)\,dV'}$

• 緑色で示されているのは近接場（1/r² に比例して減衰）です。
• 赤色で示されているのは放射場（1/r に比例して減衰）です。

遠方場領域では、近傍場は無視でき、放射場の式は次のように簡略化されます。^{[ 32 ] [ 33 ]}

${\displaystyle \mathbf {E} ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}c^{2}}}\,\displaystyle \iiint \left({\frac {\left(\left[{\dot {\mathbf {J} }}\right]\times \mathbf {n} \right)\times \mathbf {n} }{r}}\right)\,dV'}$

${\displaystyle \mathbf {B} ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}c^{3}}}\,\displaystyle \iiint \left({\frac {\left[{\dot {\mathbf {J} }}\right]\times \mathbf {n} }{r}}\right)\,dV'}$

単一粒子の運動による電場と磁場のリエナール・ヴィーヒェルトポテンシャル定式化（マクスウェル方程式による）では、粒子の加速に関連する項が、電磁放射とみなされる場の部分の原因となっている。対照的に、粒子の変化する静電場に関連する項と、粒子の均一な速度から生じる磁気項は、どちらも近接場に関連しており、電磁放射は含まれない。^{[ 34 ]}

19世紀後半、光の波動説と、黒体と呼ばれる熱放射体から放出される電磁スペクトルの測定値との間に矛盾が生じるという異常事態が発生した。物理学者たちはこの問題に長年取り組んだが解決できず、後に紫外線破綻と呼ばれるようになった。1900年、マックス・プランクは観測されたスペクトルを説明する黒体放射の新しい理論を提唱した。プランクの理論は、黒体は光（およびその他の電磁放射）を離散的なエネルギーの束、すなわちパケットとしてのみ放出するという考えに基づいていた。これらのパケットは量子と呼ばれた。1905年、アルベルト・アインシュタインは光量子を実在の粒子とみなすべきだと提唱した。後に光の粒子は、同時期に記述されていた電子や陽子などの他の粒子に対応するため、光子という名前が与えられた。光子のエネルギーEは、その周波数fに比例し、

${\displaystyle E=hf={\frac {hc}{\lambda }}\,\!}$

ここでhはプランク定数である。${\displaystyle \lambda }$は波長、cは光速です。これはプランク・アインシュタイン方程式として知られています。^{[ 35 ]}量子論では（第一量子化を参照）、光子のエネルギーは電磁波の周波数に正比例します。^{[ 36 ]}同様に、光子の運動量pも周波数に比例し、波長に反比例します。

${\displaystyle p={E \over c}={hf \over c}={h \over \lambda }.}$

アインシュタインが光は粒子で構成されている（あるいは特定の状況下では粒子のように振る舞う）と提唱した根拠は、波動理論では説明できない実験的な異常現象、すなわち光電効果であった。光電効果とは、金属表面に光が当たると表面から電子が放出され、印加された電圧を横切って電流が流れる現象である。実験測定では、放出された個々の電子のエネルギーは光の強度ではなく周波数に比例することが示された。さらに、特定の金属によって異なるある一定の最小周波数以下では、光の強度に関係なく電流は流れなかった。これらの観測結果は波動理論と矛盾するように見え、物理学者たちは長年にわたりその説明を模索した。1905年、アインシュタインはこの現象を光の粒子理論を復活させることで説明した。しかし、波動理論を支持する証拠が圧倒的に多かったため、アインシュタインの考えは当初、確立された物理学者たちの間で大きな懐疑をもって迎えられた。最終的に、コンプトン効果のような光の新たな粒子的な振る舞いが観測されるにつれて、アインシュタインの説明は受け入れられるようになった。^{[ 37 ] [ 38 ]}

光子が原子に吸収されると、原子が励起され、電子がより高いエネルギー準位（平均的に原子核から遠い準位）に上昇します。励起された分子または原子内の電子がより低いエネルギー準位に降下すると、エネルギー差に対応する周波数の光子を放出します。原子内の電子のエネルギー準位は離散的であるため、各元素および各分子はそれぞれ固有の周波数を放出および吸収します。光子の即時放出は蛍光と呼ばれ、フォトルミネッセンスの一種です。例としては、紫外線（ブラックライト）に反応して蛍光塗料から放出される可視光があります。可視光以外のスペクトル帯域で知られている蛍光放出は他にも多数あります。遅延放出は燐光と呼ばれます。^{[ 39 ] [ 40 ]}

量子力学は、熱を含むあらゆるメカニズムによる原子の励起によって発光ガスが光る現象である放射も支配しています。電子がより低いエネルギー準位に降下すると、電子のエネルギー準位間の遷移を表すスペクトルが放出されますが、励起後の特定のエネルギーでのみ放射が発生するため、線スペクトルが観測されます。 ^{[ 41 ]}例として、星雲の放射スペクトルが挙げられます。^{[ 42 ]}高速で移動する電子は、力の領域に遭遇すると最も急激に加速されるため、自然界で観測される最高周波数の電磁放射の大部分を生成する原因となっています。これらの現象は、背後から照らされたガスの組成（吸収スペクトル）や、発光ガスの組成（放射スペクトル）を検出するために使用できます。分光法（例えば）は、特定の星を構成する化学元素を決定します。元素のスペクトル線の周波数のシフト（赤方偏移と呼ばれる）は、星の宇宙論的距離を決定するために使用できます。^{[ 43 ] : 181}

光の性質を説明する現代の理論には、波動と粒子の二重性の概念が含まれています。この理論は、すべての量子実体が観測に応じて波動的な振る舞いまたは粒子的な振る舞いを示すことができるという概念に基づいています。観測によって実体の波動関数が崩壊しました。コペンハーゲン解釈に基づくと、観測によって実際に波動関数が崩壊します。多世界解釈では、崩壊のあらゆる可能な結果が並行宇宙で発生しました。パイロット波理論では、粒子の振る舞いは単に波によって決定されます。実際の光子の二重性は、二重スリット実験で観測されています。

波動効果と粒子効果を組み合わせることで、電磁放射の放出スペクトルと吸収スペクトルを完全に説明できます。光が通過する媒質の物質組成によって、吸収スペクトルと放出スペクトルの性質が決まります。これらのバンドは、原子の許容エネルギー準位に対応しています。吸収スペクトルの暗帯は、光源と観測者の間の媒質中の原子に起因します。原子は、発光体と検出器/目の間の特定の周波数の光を吸収し、それをあらゆる方向に放出します。検出器には、光線から散乱された放射によって暗帯が現れます。例えば、遠方の星から放出される光の暗帯は、星の大気中の原子に起因します。

真空中では、電磁波は光速で伝わります。${\displaystyle c}$毎秒299,792,458メートル（毎秒約186,000マイル）。真空以外の媒体では、速度は低下する。${\displaystyle v}$速度係数と呼ばれる、媒体の特性を表す0から1までの無次元パラメータによって与えられる。${\displaystyle {\mathit {VF}}}$またはその逆数である屈折率${\displaystyle n}$:

${\displaystyle v={\mathit {VF}}\cdot c={c \over n}}$。

その理由は、物質中では波の電場と磁場が、通過する媒質中の荷電粒子を分極させるため減速されるからである。^{[ 44 ]： 401}振動する電場は、原子内の近傍の正電荷と負電荷をわずかに離したり近づけたりさせ、振動する分極を誘起し、電気分極場を生成する。振動する磁場は、近傍の磁気双極子を移動させ、振動する磁化を誘起し、誘導振動磁場を生成する。これらの誘導場は、元の波場に重ね合わされ、波を減速させる（エヴァルト・オゼーン消滅定理）。減速の程度は、媒質の電磁気特性、誘電率、透磁率に依存する。SI単位系では、真空の誘電率は${\displaystyle \epsilon _{\text{0}}=}$8.854×10 ⁻¹² F/m (ファラド/メートル) および真空透磁率${\displaystyle \mu _{\text{0}}=}$1.257×10⁻⁶ ^H /m（ヘンリー毎メートル）。これらの普遍定数は、真空中における光速を決定します。

${\displaystyle c={1 \over {\sqrt {\epsilon _{\text{0}}\mu _{\text{0}}}}}}$

等方性かつ線形な媒質では、電気分極は電場に比例する。${\displaystyle \mathbf {D} =\epsilon \mathbf {E} }$磁化は磁場に比例する${\displaystyle \mathbf {H} ={1 \over \mu }\mathbf {B} }$波の速度、${\displaystyle {\mathit {VF}}}$屈折率は、電気誘電率という2つのパラメータのみによって決定されます。${\displaystyle \epsilon }$媒体のファラッド/メートル単位の誘電率、および媒体の透磁率${\displaystyle \mu }$ヘンリー/メートル^{[ 44 ] : 401}

${\displaystyle v={1 \over {\sqrt {\epsilon \mu }}}}$

${\displaystyle n={1 \over {\mathit {VF}}}=c{\sqrt {\epsilon \mu }}={\sqrt {\epsilon \mu \over \epsilon _{\text{0}}\mu _{\text{0}}}}}$

媒質の誘電率と透磁率が異なる周波数の電磁波に対して一定である場合、これは非分散媒質と呼ばれます。^{[ 44 ]： 417-418}この場合、すべての電磁波周波数は同じ速度で伝播し、波形は伝播中一定のままです。しかし、実際の物質では${\displaystyle \epsilon }$そして${\displaystyle \mu }$一般的に周波数によって特性が変化する媒体は、分散性媒体と呼ばれます。分散性媒体では、異なるスペクトル帯域で伝搬特性が異なり、任意の波が媒体を通過する際に形状が変化します。

波長が1メートルから1ミリメートルの範囲にある電磁放射現象はマイクロ波と呼ばれ、周波数は300MHz  （0.3GHz  ）から 300GHzの間です。電波が導体に当たると、導体と結合し、導体に沿って伝わり、導体材料の電子を相関した電荷の塊として移動させることで、導体表面に電流を誘起します。無線周波数とマイクロ波周波数では、電磁放射は主に、多数の影響を受ける原子に分散した電荷の塊として物質と相互作用します。電気伝導体では、このような誘起された電荷の塊の移動（電流）によって電磁放射が吸収されるか、あるいは電荷が分離して新たな電磁放射（電磁放射の実効反射）が発生します。例としては、アンテナによる電波の吸収または放出、あるいは電子レンジ内部のように、水や電気双極子モーメントを持つ他の分子によるマイクロ波の吸収などが挙げられます。これらの相互作用によって、電流または熱、あるいはその両方が発生します。

ラジオやマイクロ波と同様に、赤外線（IR）は金属によって反射されます（紫外線領域まで含めたほとんどの電磁波も同様です）。しかし、低周波のラジオやマイクロ波とは異なり、赤外線電磁波は一般的に単一分子内に存在する双極子と相互作用します。この双極子は、単一の化学結合の末端にある原子が振動することで変化します。その結果、赤外線は幅広い物質に吸収され、振動が熱として散逸することで温度が上昇します。同じプロセスが逆方向に進行すると、物質は自発的に赤外線を放射します（下記の熱放射の項を参照）。

赤外線放射はスペクトルサブ領域に分けられます。さまざまな細分化スキームが存在しますが、^{[ 50 ] [ 51 ]}一般的にスペクトルは近赤外線（0.75～1.4  μm）、短波長赤外線（1.4～ 3 μm）、中波長赤外線（3～8  μm）、長波長赤外線（8～15  μm）、遠赤外線（15～1000  μm）に分けられます。^{[ 52 ]}

ヘビなどの一部の動物は、温度差を感知できる感温膜（ピット器官）を持っており、赤外線を感知することができる。^{[ 53 ]}

自然界からは、様々な波長の電磁波が発生します。波長が約400nmから700nmの電磁波は、人間の目 に直接感知され、可視光として認識されます。その他の波長、特に近赤外線（700nmより長い波長）や紫外線（400nmより短い波長）も、光と呼ばれることがあります。  

周波数が可視光領域まで上昇すると、光子は個々の分子の結合構造を変化させるのに十分なエネルギーを持つようになります。これが可視光領域で起こるのは偶然ではありません。視覚のメカニズムは、単一の分子であるレチナールが単一の光子を吸収することによって生じる結合の変化を伴うからです。レチナールの変化は、それを含むロドプシンタンパク質の形状変化を引き起こし、それが人間の目の網膜が光を感知する生化学的プロセスを開始させます。

可視光は、全分子のごく一部にしか影響を与えません。通常、永続的または有害な影響を与えるのではなく、光子が電子を励起し、その電子が元の位置に戻る際に別の光子を放出します。これが、ほとんどの染料が発する色の源です。レチナールは例外です。光子が吸収されると、レチナールはシス型からトランス型へと構造が永久的に変化し、光検出器として再び機能できるようにするには、タンパク質によって元の構造に戻す、つまりリセットする必要があります。

光合成も、同じ理由でこの範囲で可能になります。クロロフィル分子1個が光子1個によって励起されます。光合成を行う植物組織では、カロテノイドが可視光によって生成された電子的に励起されたクロロフィルを消光する非光化学的消光と呼ばれるプロセスで働き、高光量下で光合成を妨げる反応を防ぎます。

限られた証拠によれば、皮膚では可視光によって活性酸素種が生成され、紫外線Aと同様に光老化に何らかの役割を果たしている可能性がある。^{[ 54 ]}

赤外線、マイクロ波、電波は、放射線の単一光子による励起ではなく、全体的な加熱によってのみ分子や生体組織に損傷を与えることが知られている。

周波数が紫外線領域まで上昇すると、光子は十分なエネルギー（約3電子ボルト以上）を持つようになり、特定の二重結合分子を励起して恒久的な化学構造変化を引き起こします。DNAの場合、これは永続的な損傷につながります。また、DNAは紫外線A（UVA）によって生成される活性酸素種によって間接的に損傷を受けます。UVAはエネルギーが低いため、DNAを直接損傷することはありません。そのため、あらゆる波長の紫外線がDNAを損傷する可能性があり、癌を引き起こす可能性があり、さらに（UVBの場合）単純な加熱（温度上昇）効果よりもはるかに深刻な日焼けを引き起こす可能性があります。

紫外線領域の高エネルギー側では、光子のエネルギーが大きくなり、電子に十分なエネルギーを与えて原子から電子を解放するのに十分なエネルギーを与えることができる。この過程は光電離と呼ばれる。これに必要なエネルギーは常に約 10電子ボルト(eV) より大きく、これは 124  nm より短い波長に対応する (一部の資料では、より現実的なカットオフとして 33  eV を示唆している。これは水を電離するのに必要なエネルギーである)。電離領域に近いエネルギーを持つ紫外線スペクトルの高エネルギー側は、「極端紫外線」と呼ばれることがある。電離紫外線は地球の大気によって強く遮断される。^{[ 55 ]}

最小電離エネルギー以上のエネルギーを持つ光子で構成される電磁放射線（より短い波長を含む全スペクトルを含む）は、電離放射線と呼ばれます。（他の多くの種類の電離放射線は、非電磁粒子で構成されています。）電磁型の電離放射線は、極端紫外線からすべてのより高い周波数とより短い波長まで広がっており、すべてのX線とガンマ線が該当します。これらは、生物学において突然変異や癌を含むあらゆる種類の生体分子に起こりうる最も深刻なタイプの分子損傷を引き起こす可能性があり、^{[ 56 ]} X線スペクトルの高エネルギー側とガンマ線スペクトル全体が物質を透過するため、皮膚の下の深いところで起こることがよくあります。

熱線は、マイクロ波周波数を利用して皮膚の表層に不快な加熱効果を生み出す電磁波の応用です。一般に知られている熱線兵器であるアクティブ・ディナイアル・システムは、敵の地域への侵入を阻止するための実験兵器として米軍によって開発されました。^{[ 74 ]}死の光線は、人間の組織を損傷するレベルの電磁エネルギーに基づく熱線を照射する理論上の兵器です。死の光線の発明者であるハリー・グリンデル・マシューズは、 1920年代のマイクロ波マグネトロンに基づく死の光線兵器の開発中に左目の視力を失ったと主張しました（通常の電子レンジは、オーブン内部で約2 kV/mの加熱効果によって組織を損傷します ）。^{[ 75 ]}