Toto je možná úplná nováčkovská otázka a pokusím se ji formulovat, jak nejlépe umím, takže tady to jde. Jak elektromagnetická vlna prochází například vakuem vesmíru?
Obvykle vidím, že vlny jsou vysvětleny pomocí analogií s vodou, kousky lana, strunami kytary atd., ale zdá se mi, že všechny tyto vlny potřebují médium k šíření. Ve skutečnosti z mého pohledu v těchto příkladech vlna jako „věc“ neexistuje, je to jen médium, které se pohybuje (nedobrovolný odkaz na Matrix, promiň).
Ale v vesmír neexistuje žádné médium, tak jak se pohybuje vlna? Jsou v tomto „vakuu“ nějaké volné částice nějakého druhu? Věřím, že existence „etheru“ byla vyřazena od Michelsona a Morleye , takže údajně neexistuje médium, kam by vlna mohla cestovat.
Kromě toho jsem viděl další odpovědi, které popisují světlo jako poruchu elektromagnetického pole, ale není existence pole potenciální, dokud není narušena? Jak může cestovat něčím, co neexistuje, dokud to nebude na prvním místě narušeno cestujícím světlem? (Tato poslední věta je pro mě pravděpodobně velká mylná představa).
Komentáře
- Související otázky, které jste již možná viděli: physics.stackexchange.com/q107331 , physics.stackexchange.com/q/109982
Odpověď
The částice spojené s elektromagnetickými vlnami, popsané Maxwellovými rovnicemi , jsou fotony . Fotony jsou nehmotné měřicí bosony, takzvané „silové částice“ QED (kvantová elektrodynamika).
Zatímco zvuk nebo vlny ve vodě jsou jen fluktuace (nebo rozdíly) v hustotách média (vzduchu) , pevný materiál, voda, …), fotony jsou skutečné částice, tj. buzení kvantového pole. Takže „médium“, kde se fotony šíří, je jen časoprostor, který stále existuje, dokonce i na většině opuštěných míst ve vesmíru.
Analogie, které jste zmínil, stále nejsou tak špatné. Protože nemůžeme vizualizovat šíření elektromagnetických vln, musíme přijít s něčím, co můžeme, což je nepřekvapivě jiná forma vlny, např. voda nebo struny.
Jak již PotonicBoom zmínil, fotonové pole existuje všude v časoprostoru. Avšak pouze excitace základního stavu (stav vakua) je to, co máme na mysli pod částicemi zvanými foton.
Komentáře
- Pěkně řečeno + 1 ode mě! Je zajímavé, co jste řekl o tom, že časoprostor byl jakýmsi ‚ médiem ‚. Metrika se v Lagedgian QED neobjevuje, tak jak je výše uvedený nárok oprávněný? Jen jsem zvědavý, ‚ mi pravděpodobně chybí něco zjevného!
- Metrika se v lagrangštině výslovně neobjevuje, tj. Lagrangická hustota $ \ mathcal {L} $ . Dělá to však ve skalárních produktech, tj. $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, a v akci, tj. integrál přes $ \ mathcal {L} $. Obvykle je kvantová teorie pole definována v Minkowského časoprostoru se společným $ d ^ 4x $.
- Ale stejně dobře ji můžete definovat v nějakém zakřiveném časoprostoru s metrickým $ g _ {\ mu \ nu} $ a změřte $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, s $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Všimněte si, že v tomto případě musí být všechny skalární produkty a snižování a zvyšování indexů prováděny pomocí metriky $ g _ {\ mu \ nu} $, což není tak jednoduché jako v Minkowskianově případě.
- ten chlápek se zeptal na vlnu a vy odpovíte částicí ….
odpověď
Pokud bychom zjednodušit na klasický elektromagnetismus, pak je elektromagnetické pole vektorovým polem, které existuje v celém prostoru. Časově závislé elektromagnetické pole má s ním spojenou část elektrického pole a část magnetického pole a obě se mění s časem. Jsou popsány Maxwellovými rovnicemi.
Tento web má pěkný animovaný gif , který ukazuje, jak se tato dvě vektorová pole šíří v 3D prostoru. Všimněte si, že elektrické a magnetické pole oscilují (mění hodnoty) navzájem kolmo na vždy. To, čemu říkáme radiace, je jen cestování narušení energie.
Komentáře
- Skvělé zdroje, díky! Myslím, že musím chvíli se podívejte na ten hypnotizující gif 🙂
- ‚ není to, na co se ptali.
- @Sofia Která otázka to neudělala adresa? Toto je to, jak se pole šíří.
- @PhotonicBoom, díky vaší odpovědi si myslím, že nemohu pochopit klasickou představu o vektorovém poli, které existuje v celém prostoru.Je vektorové pole pojmem, matematický “ popis “ pokud chcete, přijde pouze na “ realita “ když je narušena něčím jiným? (experiment, částice atd.) a prezentuje se jako síla, proud atd. Nebo je to fyzická věc? (možná na tuto otázku neexistuje odpověď, aniž bychom šli do říše kvantové fyziky?). Ještě jednou děkujeme!
- @Sofia V otázce nebyl uveden foton. Otázka se týkala elektromagnetických vln, takže jsem odpověděl vhodně. Zdá se mi, že koncepční problém OP je s poli. Jinak co je to foton? Je to koneckonců kvantum kvantového pole. Koncept pole je nevyhnutelný, vždy se k němu vrátíte.
Odpovědět
Protože, elektromagnetické vlny mají elektrický a magnetický vektor. Díky tomu EM vlny vykazují elektrické a magnetické pole. Elektrické a magnetické pole nepotřebuje médium, které by ukazovalo jejich účinek. Proto v přítomnosti vektoru elektrického a magnetického pole, které navzájem vibrují kolmým kolem a získávají perterastie, EM vlny cestují ve vakuu.
Odpověď
Elektromagnetické vlny jsou pouze pozorovaným jevem. Neexistuje žádné cestování.
Jako příklad si můžeme vybrat foton, který „cestuje“ ze Slunce na Zemi (pro jednoduchost se zde nestaráme o gravitační problémy). To znamená, že Slunce vydává trochu energie (hybnosti), kterou přijímá Země. Zatím je vše v pořádku. Ale co se děje mezi emisemi a absorpcí? Časoprostorový interval je nula, protože světová linie fotonu je podobná světlu. Prázdný nulový interval nelze cestovat, k přenosu hybnosti dochází přímo.
Stejný jev v redukované formě lze pozorovat při myšlenkovém experimentu, kdy astronaut provede zpáteční cestu vesmírem poblíž rychlosti světla. V letech 2001 let může cestovat 2000 světelných let, které jsou pro něj redukovány dilatací času a délkovou kontrakcí na asi 2 světelné roky za asi 2 roky. Kvůli vysoké rychlosti se časoprostorový interval (a jeho správný čas) zmenšil na ca. 2 roky. Když se vrací na Zemi po 2001 letech, uplynuly mu pouze 2 roky (tzv. Paradox dvojčat).
Časoprostorový interval fotonů je snížen na nulu, což znamená, že cestovat časoprostorem, jejich hybnost se přenáší přímo z jednoho místa na druhé. Jedinou pozorovatelnou stopou, kterou zanechávají v časoprostoru, je elektromagnetická vlna pohybující se rychlostí světla c. Pozorovaná elektromagnetická vlna nám říká, že na svém místě se časoprostor snížil na nulu, aby přenesl hybnost. Tato skutečnost je v souladu s druhým postulátem Einsteinovy relativity, který neříká, že světlo se pohybuje v c, ale že světlo pozoruje každý pozorovatel, jak se pohybuje v c.
Komentáře
- Fotony nemají ‚ odpočinkový rámec, podle odpovědí na moji otázku
- Já ‚ si nejsem jistý, zda dobře čtete moji odpověď. Nemluvím o klidovém rámci fotonu.
- Věřím, že vaše odpověď zmiňuje časovou prodlevu z fotonového hlediska (“ Časoprostorový interval je nula „), lze to však říci jen pokud je snímek na fotonu a je ‚ zakázán
odpověď
Fotony se uvolňují v paketech. Takže když zdroj generuje elektromagnetickou vlnu, ve skutečnosti se uvolňuje v paketových formách. Tyto pakety jsou vlastní entity, které cestují samy a nepotřebují k udržení žádné médium.