Wie bewegen sich elektromagnetische Wellen im Vakuum?

Die Teilchen, die mit den elektromagnetischen Wellen assoziiert sind und durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben werden, sind die Photonen . Photonen sind masselose Messbosonen, die sogenannten „Kraftteilchen“ der QED (Quantenelektrodynamik).

Während Schall oder Wellen im Wasser nur Schwankungen (oder Unterschiede) in der Dichte des Mediums (Luft) sind , festes Material, Wasser, …), die Photonen sind tatsächliche Teilchen, dh Anregungen eines Quantenfeldes. Das „Medium“, in dem sich Photonen ausbreiten, ist also nur die Raumzeit, die selbst an den meisten verlassenen Orten im Universum noch vorhanden ist.

Die von Ihnen erwähnten Analogien sind immer noch nicht so schlecht. Da wir die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen nicht visualisieren können, müssen wir uns etwas einfallen lassen, was wir nicht können, was nicht überraschend eine andere Form einer Welle ist, z. Wasser oder Strings.

Wie PotonicBoom bereits erwähnt hat, existiert das Photonenfeld überall in der Raumzeit. Mit dem Teilchen Photon ist jedoch nur die Anregung des Grundzustands (des Vakuumzustands) gemeint.

Kommentare

• Schön gesagt + 1 von mir! Es ist interessant, was Sie über die Raumzeit als eine Art ‚ Medium ‚ gesagt haben. Die Metrik erscheint nicht im QED Lagrangian. Wie ist die obige Behauptung gerechtfertigt? Nur neugierig, ich ‚ vermisse wahrscheinlich etwas Offensichtliches!
• Die Metrik erscheint nicht explizit im Lagrange, dh der Lagrange-Dichte $ \ mathcal {L} $ . Dies gilt jedoch für skalare Produkte, dh $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, und für die Aktion, dh die Integral über $ \ mathcal {L} $. Normalerweise wird eine Quantenfeldtheorie in der Minkowski-Raumzeit mit dem gemeinsamen $ d ^ 4x $ definiert.
• Sie können sie aber genauso gut in einer gekrümmten Raumzeit mit der Metrik $ g _ {\ mu \ definieren nu} $ und messen Sie $ \ sqrt {g} d ^ 4x $ mit $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Beachten Sie, dass in diesem Fall alle Skalarprodukte sowie das Absenken und Anheben von Indizes mit der Metrik $ g _ {\ mu \ nu} $ erfolgen müssen, die nicht so einfach ist wie im Fall Minkowskian.
• Der Typ hat nach einer Welle gefragt und Sie antworten mit einem Partikel …

Wenn wir Vereinfachen Sie den klassischen Elektromagnetismus, dann ist das elektromagnetische Feld ein Vektorfeld, das im gesamten Raum existiert. Einem zeitabhängigen elektromagnetischen Feld sind ein Teil des elektrischen Feldes und ein Teil des Magnetfelds zugeordnet, und beide ändern sich mit der Zeit. Sie werden durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben.

Diese Website hat ein schönes animiertes gif , das zeigt, wie sich die beiden Vektorfelder im 3D-Raum ausbreiten. Beachten Sie, dass das elektrische und das magnetische Feld bei senkrecht zueinander schwingen (Werte ändern) Was wir dann Strahlung nennen, ist nur die Reisestörung der Energie.

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• Sehr coole Ressourcen, danke! Ich denke, ich muss Schauen Sie sich das hypnotisierende GIF eine Weile an 🙂
• Es ‚ ist nicht das, was gefragt wurde.
• @Sofia Welche Frage hat es nicht gestellt? Adresse So breitet sich das Feld aus.
• @PhotonicBoom Ihre Antwort lässt mich denken, dass ich die klassische Idee eines Vektorfeldes, das im gesamten Raum existiert, nicht erfassen kann.Ist ein Vektorfeld ein Konzept, eine mathematische “ Beschreibung „, wenn Sie so wollen, kommt das nur zu “ Realität “ wenn es durch etwas anderes gestört wird? (ein Experiment, ein Teilchen usw.) und es präsentiert sich als Kraft, Strom usw. Oder ist es eine physikalische Sache? (Vielleicht gibt es keine Antwort auf diese Frage, ohne in den Bereich der Quantenphysik zu gehen?) Nochmals vielen Dank!
• @Sofia Das Photon wurde in der Frage nicht erwähnt. Die Frage betraf elektromagnetische Wellen, daher antwortete ich angemessen. Es scheint mir, dass das konzeptionelle Problem des OP bei Feldern liegt. Was ist sonst ein Photon? Es ist schließlich ein Quantenfeld eines Quantenfeldes. Das Konzept eines Feldes ist unvermeidlich, Sie werden immer wieder darauf zurückkommen.

Da, elektromagnetische Wellen haben einen elektrischen und einen magnetischen Vektor. Aufgrund dessen zeigen EM-Wellen ein elektrisches und magnetisches Feld. Ein elektrisches und magnetisches Feld benötigen kein Medium, um ihren Effekt zu zeigen. In Gegenwart eines elektrischen und magnetischen Feldvektors, die perpendeculer zueinander schwingen und Pertervation erhalten, wandern EM-Wellen im Vakuum.

Elektromagnetische Wellen sind nur ein beobachtetes Phänomen. Es gibt keine Reise.

Als Beispiel können wir ein Photon auswählen, das sich von der Sonne zur Erde „bewegt“ (der Einfachheit halber kümmern wir uns hier nicht um Schwerkraftprobleme). Das bedeutet, dass die Sonne ein bisschen Energie (einen Impuls) abgibt, der von der Erde empfangen wird. Bisher ist alles in Ordnung. Aber was passiert zwischen Emission und Absorption? Das Raumzeitintervall ist Null, weil die Weltlinie des Photons lichtartig ist. Ein leeres Nullintervall kann nicht zurückgelegt werden, die Übertragung des Impulses erfolgt direkt.

Das gleiche Phänomen in reduzierter Form kann in einem Gedankenexperiment beobachtet werden, bei dem ein Astronaut eine Raumrundfahrt nahe der Lichtgeschwindigkeit unternimmt. Er kann in 2001 Jahren 2000 Lichtjahre reisen, die für ihn durch Zeitdilatation und Längenkontraktion auf ungefähr 2 Lichtjahre in ungefähr 2 Jahren reduziert werden. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit ist das Raumzeitintervall (und seine richtige Zeit) auf ca. 2 Jahre. Wenn er nach 2001 Jahren auf die Erde zurückkehrt, sind nur 2 Jahre für ihn vergangen (das sogenannte Zwillingsparadoxon).

Das Raumzeitintervall von Photonen wird auf Null reduziert, was bedeutet, dass dies nicht der Fall ist Wenn sie durch die Raumzeit reisen, wird ihr Impuls direkt von einem Ort zum anderen übertragen. Die einzige beobachtbare Spur, die sie in der Raumzeit hinterlassen, ist eine elektromagnetische Welle, die sich mit Lichtgeschwindigkeit c bewegt. Die beobachtete elektromagnetische Welle sagt uns, dass an ihrer Stelle die Raumzeit auf Null reduziert wurde, um einen Impuls zu übertragen. Diese Tatsache entspricht dem zweiten Postulat von Einsteins Relativitätstheorie, das nicht besagt, dass sich Licht bei c bewegt, sondern dass Licht von jedem Beobachter als Bewegung bei c beobachtet wird.

Kommentare

• Photonen haben ‚ keinen Ruhezustand, gemäß den Antworten auf meine Frage
• Ich ‚ bin mir nicht sicher, ob Sie meine Antwort gut gelesen haben. Ich spreche nicht von einem Ruhebild eines Photons.

ch glaube, Sie antworten auf Erwähnungen des Zeitraffers vom Standpunkt der Photonen aus (“ Das Raumzeitintervall ist Null „), dies kann jedoch nur gesagt werden Wenn sich der Rahmen auf dem Photon befindet und ‚ verboten ist

Photonen werden in Paketen freigesetzt. Wenn die Quelle die elektromagnetische Welle erzeugt, wird sie tatsächlich in Paketform freigesetzt. Diese Pakete sind Selbstentitäten, die sich selbstständig fortbewegen und kein Medium benötigen, um sie aufrechtzuerhalten.