Hvordan bevæger elektromagnetiske bølger i vakuum?

partikler tilknyttet de elektromagnetiske bølger, beskrevet af Maxwells ligninger , er fotoner . Fotoner er masseløse målebosoner, de såkaldte “kraftpartikler” af QED (kvanteelektrodynamik).

Mens lyd eller bølgerne i vand kun er udsving (eller forskelle) i mediumets tæthed (luft , fast materiale, vand, …), er fotonerne egentlige partikler, dvs. excitationer af et kvantefelt. Så “mediet”, hvor fotoner forplantes, er bare rumtid, der stadig er der, selv de fleste forladte steder i universet.

De analogier, du nævnte, er stadig ikke så dårlige. Da vi ikke kan visualisere udbredelsen af elektromagnetiske bølger, er vi nødt til at komme med noget, vi kan, hvilket ikke overraskende er en anden form for en bølge, f.eks. vand eller strenge.

Som PotonicBoom allerede har nævnt, findes fotonfeltet overalt i rumtid. Imidlertid er kun excitationen af grundtilstanden (vakuumtilstanden), hvad vi mener med partiklen kaldet foton.

Kommentarer

• Pænt sagt + 1 fra mig! Det er interessant, hvad du sagde om, at rumtid var en slags ‘ medium ‘. Metricen vises ikke i QED Lagrangian, så hvordan er ovenstående krav berettiget? Bare nysgerrig, jeg ‘ mangler sandsynligvis noget indlysende!
• Metricen vises ikke eksplicit i Lagrangian, dvs. den Lagrangiske tæthed $ \ mathcal {L} $ . Det gør det dog i skalære produkter, dvs. $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, og i handlingen, dvs. integreret over $ \ mathcal {L} $. Normalt defineres en kvantefeltteori i Minkowski rumtid med den fælles $ d ^ 4x $.
• Men du kan lige så godt definere det i en buet rumtid med metrisk $ g _ {\ mu \ nu} $ og mål $ \ sqrt {g} d ^ 4x $ med $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Bemærk, at i dette tilfælde skal alle skalære produkter og sænkning og hævning af indekser ske med metricen $ g _ {\ mu \ nu} $, hvilket ikke er så simpelt som i Minkowskian-sagen.
• fyren spurgte om en bølge, og du svarer med en partikel ….

Hvis vi forenkle til den klassiske elektromagnetisme, så er det elektromagnetiske felt et vektorfelt, der findes i hele rummet. Et tidsafhængigt elektromagnetisk felt har en del af det elektriske felt og en magnetisk feltdel, som begge ændrer sig med tiden. De er beskrevet af Maxwells ligninger.

Dette websted har en dejlig animeret gif , der viser, hvordan de to vektorfelter formerer sig i 3D-rummet. Bemærk, at de elektriske og magnetiske felter svinger (ændrer værdier) vinkelret på hinanden ved alle tidspunkter. Det, vi kalder stråling, er kun energiforstyrrelsen.

Kommentarer

• Meget seje ressourcer, tak! Jeg tror jeg har brug for se på det hypnotiserende gif et stykke tid 🙂
• Det ‘ er ikke hvad der blev stillet.
• @Sofia Hvilket spørgsmål gjorde det ikke adresse? Dette er hvordan feltet forplantes.
• @PhotonicBoom får dit svar mig til at tænke at jeg ikke kan forstå den klassiske idé om et vektorfelt, der findes i hele rummet.Er et vektorfelt et begreb, en matematisk ” beskrivelse ” hvis du vil, det kommer kun til ” virkelighed ” når den forstyrres af noget andet? (et eksperiment, en partikel osv.) og det præsenterer sig selv som en kraft, strøm osv. Eller er det en fysisk ting? (måske er der intet svar på dette spørgsmål uden at gå ind i Quantum-Physics-verdenen?). Tak igen!
• @Sofia Fotonen blev ikke nævnt i spørgsmålet. Spørgsmålet handlede om elektromagnetiske bølger, så jeg svarede passende. Det ser ud til, at det konceptuelle problem med OP er med felter. Ellers hvad er en foton? Det er trods alt et kvante af et kvantefelt. Begrebet felt er uundgåeligt, du ender altid med det.

Da, elektromagnetiske bølger har elektrisk og magnetisk vektor. På grund af dette viser EM-bølger elektrisk og magnetisk felt. Et elektrisk og magnetisk felt har ikke brug for et medium for at vise deres effekt. Derfor i nærvær af elektriske og magnetiske feltvektorer, der vibrerer vinkelret på hinanden og får pervervations EM-bølger i vakuum.

Elektromagnetiske bølger er kun et observeret fænomen. Der er ingen rejse.

Som et eksempel kan vi vælge en foton, der “rejser” fra sol til jord (for enkelhedens skyld er vi ligeglad med tyngdekraftsproblemer her). Det betyder, at solen udsender lidt energi (et momentum), som modtages af Jorden. Indtil videre er alt i orden. Men hvad sker der mellem emission og absorption? Rumtidsintervallet er nul, fordi fotonens verdenslinje er lyslignende. Et tomt nulinterval kan ikke bevæges, transmission af momentum sker direkte.

Det samme fænomen i reduceret form kan observeres i et tankeeksperiment, hvor en astronaut laver et rum rundt omkring lysets hastighed. Han rejser muligvis 2000 lysår i 2001 år, hvilket reduceres for ham ved tidsudvidelse og længdekontraktion til ca. 2 lysår på ca. 2 år. På grund af den høje hastighed er rumtidsintervallet (og hans rette tid) faldet til ca. 2 år. Når han kommer tilbage til Jorden efter 2001 år, er der kun gået 2 år for ham (det såkaldte tvillingeparadoks).

Rumtidsintervallet for fotoner er reduceret til nul, det betyder at de ikke rejser gennem rumtid, overføres deres momentum direkte fra et sted til et andet. Det eneste observerbare spor, de efterlader i rumtiden, er en elektromagnetisk bølge, der bevæger sig med lyshastighed c. Den observerede elektromagnetiske bølge fortæller os, at rumtiden reduceret til nul for at overføre et momentum. Denne kendsgerning er i overensstemmelse med det andet postulat i Einsteins relativitet, der ikke siger, at lys bevæger sig ved c, men at lys observeres af enhver iagttager som bevæger sig ved c.

Kommentarer

• Fotoner har ‘ t har en hvilestel ifølge svarene på mit spørgsmål
• Jeg ‘ er ikke sikker på, at du læser godt mit svar. Jeg taler ikke om en hvilestel i en foton.
• Jeg tror, du svarer, nævner tidsforskydning fra foton-synspunkt (” Rumtidsintervallet er nul “) men dette kan kun siges hvis rammen er på fotonet, og den ‘ er forbudt

Fotoner frigives i pakker. Så når kilden genererer den elektromagnetiske bølge, frigives den faktisk i pakkeform. Disse pakker er selvstændige enheder, der rejser på egen hånd og ikke har brug for noget medium for at opretholde det.