Ez talán egy teljesen újonc kérdés, és megpróbálom a lehető legjobban megfogalmazni, szóval itt megy. Hogyan halad keresztül egy elektromágneses hullám, például a tér vákuumán?
Általában azt látom, hogy a hullámokat vízzel, kötéldarabokkal, gitárhúrokkal stb. analógiák segítségével magyarázzák, de számomra úgy tűnik, hogy ezeknek a hullámoknak közegre van szükségük a terjedéshez. Valójában az én szemszögemből ezekben a példákban a hullám mint “dolog” nem létezik, csak a közeg mozog (önkéntelen hivatkozás a Mátrixra, sajnálom).
De a térben nincs közeg, akkor hogyan halad a hullám? Van-e valamilyen szabad részecske ebben a “vákuumban” vagy valami más? Úgy gondolom, hogy az “éter” létét elvetették Michelson és Morley , tehát állítólag nincs “közeg a hullám áthaladásához.
Ráadásul láttam más válaszokat is, amelyek a fényt az elektromágneses mező zavaraként írják le, de a mező nem létezik, potenciális, amíg meg nem zavarják? Hogyan utazhat át valamiben, ami nem létezik, amíg eleve nem zavarja az utazó fény? (Ez az utolsó mondat valószínűleg nagy tévhit tőlem).
Hozzászólások
- Kapcsolódó kérdések, amelyeket már láthatott: physics.stackexchange.com/q107331 , physics.stackexchange.com/q/109982
Válasz
A Az elektromágneses hullámokhoz kapcsolódó részecskék, amelyeket Maxwell egyenletei írnak le, a fotonok . A fotonok tömeg nélküli gabonabozonok, a QED úgynevezett “erő-részecskéi” (kvantumelektrodinamika).
Míg a vízben a hang vagy a hullámok csak ingadozások (vagy különbségek) a közeg (levegő) sűrűségében , szilárd anyag, víz, …), a fotonok tényleges részecskék, azaz egy kvantumtér gerjesztései. Tehát az a “közeg”, ahol a fotonok terjednek, csak a tér-idő, amely még mindig létezik, még a világegyetem legtöbb elhagyatott helyén is.
Az Ön által említett analógiák még mindig nem olyan rosszak. Mivel nem tudjuk vizualizálni az elektromágneses hullámok terjedését, ki kell találnunk valamit, amit csak lehet, ami nem meglepő módon a hullám egy másik formája, pl. víz vagy húrok.
Mint a PotonicBoom már említette, a fotonmező mindenhol létezik a tér-időben. Azonban csak az alapállapot (vákuumállapot) gerjesztését értjük a foton nevű részecske alatt.
Megjegyzések
- Szépen mondva + 1 tőlem! Érdekes, amit mondtál arról, hogy a téridő valamiféle ‘ közeg ‘. A mutató nem jelenik meg a QED Lagrangian-ban, akkor hogyan igazolható a fenti állítás? Csak kíváncsi, hogy ‘ valószínűleg hiányzik valami nyilvánvaló!
- A metrika nem jelenik meg kifejezetten a Lagrangianban, azaz a Lagrangian sűrűsége $ \ mathcal {L} $ . Ugyanakkor skaláris termékekben, például $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, és az akcióban, azaz a a $ \ mathcal {L} $ felett integrál. A kvantumtérelméletet általában a Minkowski téridő határozza meg a közös $ d ^ 4x $ értékkel.
- De ugyanúgy definiálhatnánk valamilyen görbe téridőben a metrikus $ g _ {\ mu \ nu} $ és mérje meg a $ \ sqrt {g} d ^ 4x $ értéket a $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $ értékkel. Ne feledje, hogy ebben az esetben az összes skaláris szorzatot és az indexek csökkentését és emelését a $ g _ {\ mu \ nu} $ mutatóval kell elvégezni, ami nem olyan egyszerű, mint a Minkowskian-féle esetben.
- a srác egy hullámról kérdezett, te pedig részecskével válaszolsz ….
Válasz
Ha mi egyszerűsítve a klasszikus elektromágnesességre, akkor az elektromágneses mező egy vektormező, amely az egész térben létezik. Az időtől függő elektromágneses mezőhöz elektromos mező és egy mágneses mező rész társul, és mindkettő változik az idővel. Maxwell egyenletei írják le őket.
Ez a webhely van egy szép animált gif -je, amely megmutatja, hogyan terjed a két vektormező a 3D-s térben. Figyeljük meg, hogy az elektromos és mágneses mezők egymásra merőlegesen oszcillálnak (értékeket változtatnak) mindenkor. Amit sugárzásnak hívunk, az csak az energia utazási zavara.
Megjegyzések
- Nagyon jó források, köszönöm! Azt hiszem, muszáj nézd meg egy ideig ezt a hipnotizáló gifet 🙂
- Nem ‘ nem az, amit feltettek.
- @Sofia Melyik kérdést nem tette meg cím? Ez a terep így terjeszkedik.
- @PhotonicBoom a válaszod arra készteti, hogy azt gondoljam, hogy nem tudom megérteni a teljes térben létező vektormező klasszikus elképzelését.A vektormező egy fogalom, egy matematikai ” leírás “, ha úgy tetszik, ez csak a ” valóság ” amikor valami más zavarja? (kísérlet, részecske stb.), és erőként, áramként stb. mutatja be magát, vagy fizikai dolog ez? (talán erre a kérdésre nincs válasz anélkül, hogy belemennénk a Kvantumfizika területébe?). Még egyszer köszönöm!
- @Sofia A fotont nem említették a kérdésben. A kérdés az elektromágneses hullámokra vonatkozott, ezért megfelelően válaszoltam. Számomra úgy tűnik, hogy az OP fogalmi problémája a mezőkkel van. Egyébként mi a foton? Végül is ez egy kvantumtér kvantuma. A mező fogalma elkerülhetetlen, mindig visszatér rá.
Válasz
Mivel, az elektromágneses hullámoknak elektromos és mágneses vektoruk van. Emiatt az EM hullámok elektromos és mágneses teret mutatnak. Az elektromos és mágneses térnek nincs szüksége közegre, hogy megmutassa a hatását. Ennélfogva elektromos és mágneses mező vektor jelenlétében, amelyek egymás között rezgik a perpendeculert, és perverzációt kapnak, az EM hullámok vákuumban haladnak.
Válasz
Az elektromágneses hullámok csak megfigyelt jelenségek. Nincs utazás.
Példaként választhatunk egy fotont, amely a Napról a Földre “utazik” (az egyszerűség kedvéért itt nem érdekelnek a gravitációs kérdések). Ez azt jelenti, hogy a Nap egy kis energiát bocsát ki (egy lendületet), amelyet a Föld fogad. Eddig minden rendben van. De mi történik az emisszió és az abszorpció között? A téridő intervalluma nulla, mert a foton világvonala fényszerű. Üres nulla intervallum nem utazható, a lendület átadása közvetlenül történik.
Ugyanez a jelenség redukált formában figyelhető meg egy gondolatkísérlet során, amikor az űrhajós a fénysebesség közelében egy kört tesz meg. 2000 fényévet utazhat 2001-ben, amelyet az idő tágulása és a hossza összehúzódása körülbelül 2 fényévre csökkent körülbelül 2 év alatt. A nagy sebesség miatt a téridő intervalluma (és a megfelelő ideje) kb. 2 év. Amikor 2001 év után visszatér a Földre, csak 2 év telt el számára (az úgynevezett ikerparadoxon).
A fotonok téridő-intervalluma nullára csökken, ez azt jelenti, hogy nem a téridőn keresztül haladnak, lendületüket közvetlenül egyik helyről a másikra továbbítják. Az egyetlen megfigyelhető nyom, amelyet a téridőben hagynak, a c fénysebességgel mozgó elektromágneses hullám. A megfigyelt elektromágneses hullám arról árulkodik, hogy a térideje a nullára csökkent a lendület átadása érdekében. Ez a tény megfelel Einstein relativitáselméletének második posztulátumának, amely nem mondja ki, hogy a fény c-nél mozog, de ezt a fényt bármely megfigyelő megfigyeli, hogy a c-nél mozog.
Kommentárok
- A fotonok nem ‘ nem rendelkeznek pihenőkerettel, az kérdésemre adott válaszok szerint
- Én ‘ nem vagyok biztos abban, hogy jól olvastad a válaszomat. Nem egy foton többi keretéről beszélek.
- Úgy gondolom, hogy a válasz a foton szempontjából megemlíti az időintervallumot (” A téridő intervalluma nulla “), de ez csak elmondható ha a keret a fotonon van, és ‘ tilos
Válasz
A fotonok csomagokban szabadulnak fel. Tehát, amikor a forrás létrehozza az elektromágneses hullámot, akkor valójában csomag formájában szabadul fel. Ezek a csomagok önálló entitások, amelyek a sajátján utaznak, és a fenntartásához nincs szükségük semmilyen médiumra.