Kuinka sähkömagneettiset aallot kulkevat tyhjössä?

sähkömagneettisiin aaltoihin liittyvät hiukkaset, jotka kuvataan Maxwellin yhtälöillä , ovat fotoneja . Fotonit ovat massattomia mittaribosoneja, QED: n (kvanttielektrodynamiikan) niin kutsutut ”voimapartikkelit”.

Vaikka ääni tai aallot vedessä ovat vain vaihteluja (tai eroja) väliaineen tiheyksissä (ilman , kiinteä materiaali, vesi, …), fotonit ovat todellisia hiukkasia, ts. kvanttikentän virityksiä. Joten ”väliaine”, jossa fotonit leviävät, on vain aika-aikaa, joka on edelleen olemassa, jopa kaikkein hylätyimmissä paikoissa.

Mainitsemasi analogiat eivät vieläkään ole niin pahoja. Koska emme voi visualisoida sähkömagneettisten aaltojen etenemistä, meidän on keksittävä jotain, mitä voimme, mikä ei ole yllättävää, että toinen aaltomuoto, esim. vettä tai merkkijonoja.

Kuten PotonicBoom jo mainitsi, fotonikenttä esiintyy kaikkialla avaruudessa. Kuitenkin vain perustilan (tyhjiötilan) viritys tarkoitetaan fotoniksi kutsuttuja hiukkasia.

Kommentit

• Hyvin sanottu + 1 minulta! On mielenkiintoista, mitä sanoit avaruusajan olevan jonkinlainen ’ väliaine ’. Mittari ei näy QED Lagrangianissa, joten miten yllä oleva väite on perusteltu? Vain utelias, minulta ’ puuttuu todennäköisesti jotain ilmeistä!
• Mittari ei näy nimenomaisesti lagrangian kielessä, ts. Lagrangian tiheys $ \ mathcal {L} $ . Se tapahtuu kuitenkin skalaarituotteissa, eli $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, ja toiminnassa, ts. integraali yli $ \ mathcal {L} $. Yleensä kvanttikenttäteoria määritellään Minkowskin aika-ajalla tavallisella $ d ^ 4x $: lla.
• Mutta voit yhtä hyvin määritellä sen jossakin kaarevassa avaruudessa metrisellä $ g _ {\ mu \ nu} $ ja mittaa $ \ sqrt {g} d ^ 4x $ arvolla $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Huomaa, että tässä tapauksessa kaikki skalaariset tuotteet ja indeksien alentaminen ja nostaminen on tehtävä mittarilla $ g _ {\ mu \ nu} $, mikä ei ole niin yksinkertaista kuin Minkowskian tapauksessa.
• kaveri kysyi aallosta ja sinä vastaat hiukkasella ….

Jos me yksinkertaistetaan klassiseen sähkömagneettisuuteen, silloin sähkömagneettinen kenttä on vektorikenttä, joka esiintyy koko avaruudessa. Aikariippuvassa sähkömagneettisessa kentässä on sähkökenttäosa ja siihen liittyvä magneettikenttäosa, ja molemmat muuttuvat ajan myötä. Ne kuvataan Maxwellin yhtälöillä.

Tämä verkkosivusto on mukava animoitu gif , joka näyttää kuinka kaksi vektorikenttää etenee 3D-tilassa. Huomaa, että sähkö- ja magneettikentät värähtelevät (muuttavat arvoja) kohtisuorassa toisiinsa nähden Sitä kutsutaan silloin säteilyksi vain liikkuvaksi energian häiriöksi.

Kommentit

• Erittäin hienot resurssit, kiitos! Luulen, että minun täytyy katsokaa sitä hypnotisoivaa gifiä jonkin aikaa 🙂
• Se ’ ei ole se, mitä kysyttiin.
• @Sofia Minkä kysymyksen suhteen sitä ei osoite? Tämä on miten kenttä etenee.
• @PhotonicBoom vastauksesi saa minut ajattelemaan, etten voi ymmärtää klassista vektorikentän ideaa, joka on olemassa koko avaruudessa.Onko vektorikenttä käsite, matemaattinen ” kuvaus ”, jos haluat, joka tulee vain ” todellisuus ” kun jokin muu häiritsee sitä? (kokeilu, hiukkanen jne.) ja se esittää itsensä voimana, virtana jne. Vai onko se fyysinen asia? (Ehkä ei ole vastausta tähän kysymykseen siirtymättä kvanttifysiikan alueeseen?). Kiitos vielä kerran!
• @Sofia Fotonia ei mainittu kysymyksessä. Kysymys koski sähkömagneettisia aaltoja, joten vastasin asianmukaisesti. Minusta näyttää siltä, että toimenpideohjelman käsitteellinen ongelma liittyy kenttiin. Muuten mikä on fotoni? Sen loppujen lopuksi kvanttikentän kvantti. Kentän käsite on väistämätön, pääset aina takaisin siihen.

Koska, sähkömagneettisilla aalloilla on sähkö- ja magneettivektori. Tämän vuoksi EM-aallot osoittavat sähkö- ja magneettikenttää. Sähköisellä ja magneettikentällä ei ole tarvetta väliaineelle niiden vaikutuksen osoittamiseksi. Siksi sähkö- ja magneettikenttävektorin läsnä ollessa, jotka värisevät tekijää toisiinsa ja saavat perverssin, EM-aallot kulkevat tyhjiössä.

Sähkömagneettiset aallot ovat vain havaittu ilmiö. Matkaa ei ole.

Esimerkkinä voimme valita fotonin, joka ”matkustaa” auringosta maahan (yksinkertaisuuden vuoksi emme välitä painovoimakysymyksistä täällä). Tämä tarkoittaa, että aurinko lähettää vähän energiaa (liikemäärää), jonka Maa vastaanottaa. Toistaiseksi kaikki on kunnossa. Mutta mitä tapahtuu päästöjen ja absorptioiden välillä? Aika-aika on nolla, koska fotonin maailmanlinja on kevyt. Tyhjää nollaväliä ei voida kulkea, vauhdin välittyminen tapahtuu suoraan.

Sama ilmiö pienennetyssä muodossa voidaan havaita ajatuskokeessa, jossa astronautti tekee avaruudesta edestakaisen valon nopeuden. Hän voi matkustaa 2000 valovuotta 2001 vuodessa, minkä ajan laajentuminen ja pituuden supistuminen lyhentävät hänelle noin kahdeksi valovuodeksi noin kahdessa vuodessa. Suuren nopeuden vuoksi avaruusaika (ja hänen oikea aika) on kutistunut n. 2 vuotta. Kun hän on palannut maalle 2001 vuoden jälkeen, hänelle on kulunut vain 2 vuotta (ns. Kaksoisparadoksi).

Fotonien aika-aika on lyhennetty nollaan, mikä tarkoittaa, että ne eivät kulkevat avaruuden aikana, niiden vauhti välittyy suoraan paikasta toiseen. Ainoa havaittavissa oleva jälki, jonka he jättävät avaruuteen, on sähkömagneettinen aalto, joka liikkuu valonopeudella c. Havaittu sähkömagneettinen aalto kertoo meille, että paikkansa aika-aika pieneni nollaan impulssin siirtämiseksi. Tämä tosiasia noudattaa Einsteinin suhteellisuusteoriaa koskevaa toista postulaattia, jossa ei sanota, että valo liikkuu c: ssä, mutta kuka tahansa tarkkailija havaitsee valon liikkuvan c: ssä. ul class = ”comments”>

Fotonit vapautuvat paketeina. Joten kun lähde tuottaa sähkömagneettisen aallon, se vapautuu tosiasiallisesti pakettimuodoissa. Nämä paketit ovat itsekokonaisuuksia, jotka matkustavat omalla matkallaan eivätkä tarvitse mitään välineitä sen ylläpitämiseksi.