¿Cómo viajan las ondas electromagnéticas en el vacío?

El las partículas asociadas con las ondas electromagnéticas, descritas por las ecuaciones de Maxwell , son los fotones . Los fotones son bosones gauge sin masa, las llamadas «partículas de fuerza» de QED (electrodinámica cuántica).

Mientras que el sonido o las ondas en el agua son solo fluctuaciones (o diferencias) en las densidades del medio (aire , material sólido, agua, …), los fotones son partículas reales, es decir, excitaciones de un campo cuántico. Así que el «medio» donde se propagan los fotones es solo el espacio-tiempo que todavía está allí, incluso en la mayoría de los lugares abandonados del universo.

Las analogías que mencionaste todavía no son tan malas. Dado que no podemos visualizar la propagación de ondas electromagnéticas, tenemos que encontrar algo que podamos, que no es de extrañar que sea otra forma de onda, p. Ej. agua o cuerdas.

Como ya mencionó PotonicBoom, el campo de fotones existe en todas partes en el espacio-tiempo. Sin embargo, solo la excitación del estado fundamental (el estado de vacío) es lo que queremos decir con la partícula llamada fotón.

Comentarios

• Bien dicho + 1 de mi parte! Es interesante lo que dijiste sobre el espacio-tiempo como una especie de ‘ medio ‘. La métrica no aparece en el QED Lagrangiano, entonces, ¿cómo se justifica la afirmación anterior? Solo por curiosidad, ‘ probablemente me esté perdiendo algo obvio.
• La métrica no aparece explícitamente en el lagrangiano, es decir, la densidad lagrangiana $ \ mathcal {L} $ . Sin embargo, lo hace en productos escalares, es decir, $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, y en la acción, es decir, el integral sobre $ \ mathcal {L} $. Por lo general, una teoría cuántica de campos se define en el espacio-tiempo de Minkowski con el común $ d ^ 4x $.
• Pero también podría definirla en algún espacio-tiempo curvo con la métrica $ g _ {\ mu \ nu} $ y mida $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, con $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Tenga en cuenta que en este caso, todos los productos escalares y la bajada y subida de índices se deben hacer con la métrica $ g _ {\ mu \ nu} $, que no es tan simple como en el caso de Minkowskian.
• el tipo preguntó sobre una ola y tú respondes con una partícula ….

Si simplificando al electromagnetismo clásico, entonces el campo electromagnético es un campo vectorial que existe en todo el espacio. Un campo electromagnético dependiente del tiempo tiene una parte de campo eléctrico y una parte de campo magnético asociada y ambas cambian con el tiempo. Se describen mediante ecuaciones de Maxwell.

Este sitio web tiene un bonito gif animado que muestra cómo se propagan los dos campos vectoriales en el espacio 3D. Observa que los campos eléctrico y magnético oscilan (cambian valores) perpendiculares entre sí en todo el tiempo. Lo que llamamos radiación es solo la perturbación de la energía que viaja.

Comentarios

• Recursos geniales, ¡gracias! Creo que necesito mira ese gif hipnotizador por un momento 🙂
• No es ‘ lo que se hizo.
• @Sofia ¿Qué pregunta no fue es cómo se propaga el campo.
• @PhotonicBoom tu respuesta me hace pensar que no puedo captar la idea clásica de un campo vectorial que existe en todo el espacio.¿Es un campo vectorial un concepto, una » descripción » matemática si se quiere, que solo llega a » realidad » cuando algo más lo perturba? (un experimento, una partícula, etc.) y se presenta como una fuerza, corriente, etc. ¿O es una cosa física? (¿Quizás no haya respuesta a esta pregunta sin entrar en el ámbito de la Física Cuántica?). ¡Gracias de nuevo!
• @Sofia El fotón no fue mencionado en la pregunta. La pregunta era sobre ondas electromagnéticas, por lo que respondí adecuadamente. Me parece que el problema conceptual del OP es con los campos. De lo contrario, ¿qué es un fotón? Es un cuanto de campo cuántico después de todo. El concepto de campo es inevitable, siempre volverá a él.

Ya que, Las ondas electromagnéticas tienen vectores eléctricos y magnéticos. Debido a esto, las ondas electromagnéticas muestran un campo eléctrico y magnético. Un campo eléctrico y magnético no necesita un medio para mostrar su efecto. Por lo tanto, en presencia de vector de campo eléctrico y magnético que vibran perpendicularmente entre sí y obtienen perturbaciones, las ondas EM viajan en el vacío.

Las ondas electromagnéticas son solo un fenómeno observado. No hay viajes.

Como ejemplo, podemos elegir un fotón que está «viajando» del Sol a la Tierra (para simplificar, aquí no nos preocupan los problemas de la gravedad). Eso significa que el Sol está emitiendo un poco de energía (un impulso) que recibe la Tierra. Hasta ahora todo está bien. Pero, ¿qué pasa entre la emisión y la absorción? El intervalo de espacio-tiempo es cero, porque la línea de mundo del fotón es similar a la luz. No se puede viajar un intervalo cero vacío, la transmisión del impulso ocurre directamente.

El mismo fenómeno en una forma reducida se puede observar en un experimento mental en el que un astronauta hace un viaje de ida y vuelta espacial cerca de la velocidad de la luz. Puede viajar 2000 años luz en 2001 años que se reducen para él por la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud a aproximadamente 2 años luz en aproximadamente 2 años. Debido a la alta velocidad, el intervalo de espacio-tiempo (y su tiempo adecuado) se ha reducido a ca. 2 años. Cuando regrese a la Tierra después de 2001 años, solo han pasado 2 años para él (la llamada paradoja de los gemelos).

El intervalo espacio-tiempo de los fotones se reduce a cero, eso significa que no lo hacen. viajan a través del espacio-tiempo, su impulso se transmite directamente de un lugar a otro. El único rastro observable que están dejando en el espacio-tiempo es una onda electromagnética que se mueve a la velocidad de la luz c. La onda electromagnética observada nos está diciendo que en su lugar el espacio-tiempo se redujo a cero para transferir un momento. Este hecho cumple con el segundo postulado de la relatividad de Einstein, que no dice que la luz se mueva en c, sino que cualquier observador observe que la luz se mueve en c.

Comentarios

• Los fotones no ‘ no tienen un marco de descanso, de acuerdo con las respuestas a mi pregunta
• Yo ‘ no estoy seguro de que hayas leído bien mi respuesta. No estoy hablando de un marco de reposo de un fotón.
• Creo que tu respuesta menciona el lapso de tiempo desde el punto de vista del fotón (» El intervalo de espacio-tiempo es cero «) sin embargo, esto solo se puede decir si el marco está en el fotón y ‘ está prohibido

Los fotones se liberan en paquetes. Por lo tanto, cuando la fuente genera la onda electromagnética, en realidad se libera en forma de paquetes. Estos paquetes son entidades propias que viajan por sí mismos y no necesitan ningún medio para mantenerlos.