Come viaggiano le onde elettromagnetiche nel vuoto?

Il le particelle associate alle onde elettromagnetiche, descritte dalle equazioni di Maxwell , sono i fotoni . I fotoni sono bosoni di gauge senza massa, le cosiddette “particelle di forza” della QED (elettrodinamica quantistica).

Mentre il suono o le onde nellacqua sono solo fluttuazioni (o differenze) nelle densità del mezzo (aria , materiale solido, acqua, …), i fotoni sono particelle reali, cioè eccitazioni di un campo quantistico. Quindi il “mezzo” in cui i fotoni si propagano è solo lo spazio-tempo che è ancora lì, anche nei luoghi più abbandonati delluniverso.

Le analogie che hai citato non sono ancora così male. Poiché non possiamo visualizzare la propagazione delle onde elettromagnetiche, dobbiamo inventare qualcosa che possiamo, che non sorprende che sia unaltra forma di onda, ad es. acqua o stringhe.

Come già accennato a PotonicBoom, il campo fotonico esiste ovunque nello spazio-tempo. Tuttavia, solo leccitazione dello stato fondamentale (lo stato del vuoto) è ciò che intendiamo per particella chiamata fotone.

Commenti

• Ben detto + 1 da me! È interessante quello che hai detto sullo spaziotempo come una sorta di ‘ mezzo ‘. La metrica non appare nella Lagrangiana QED, quindi come è giustificata laffermazione di cui sopra? Solo curioso, ‘ probabilmente mi manca qualcosa di ovvio!
• La metrica non appare esplicitamente nella Lagrangiana, cioè la densità Lagrangiana $ \ mathcal {L} $ . Tuttavia, nei prodotti scalari, ad esempio $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, e nellazione, ad esempio integrale su $ \ mathcal {L} $. Di solito una teoria quantistica dei campi è definita nello spazio-tempo di Minkowski con il comune $ d ^ 4x $.
• Ma potresti anche definirla in uno spazio-tempo curvo con la metrica $ g _ {\ mu \ nu} $ e misura $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, con $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Si noti che in questo caso, tutti i prodotti scalari e labbassamento e laumento degli indici devono essere eseguiti con la metrica $ g _ {\ mu \ nu} $, che non è così semplice come nel caso Minkowskian.
• il ragazzo ha chiesto di unonda e tu rispondi con una particella ….

Se noi semplifichiamo al classico elettromagnetismo quindi il campo elettromagnetico è un campo vettoriale che esiste in tutto lo spazio. Un campo elettromagnetico dipendente dal tempo ha una parte di campo elettrico e una parte di campo magnetico ad esso associate ed entrambi cambiano nel tempo. Sono descritti dalle equazioni di Maxwell “.

Questo sito web ha una bella gif animata che mostra come i due campi vettoriali si propagano nello spazio 3D. Si noti che i campi elettrico e magnetico oscillano (cambiano i valori) perpendicolari luno allaltro a Quello che chiamiamo allora radiazione è solo il disturbo viaggiante dellenergia.

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• Risorse molto interessanti, grazie! Penso di averne bisogno guarda quella gif ipnotizzante per un po 🙂
• ‘ non è ciò che è stato chiesto.
• @Sofia Quale domanda non lha fatto indirizzo? Questo è come il campo si propaga.
• @PhotonicBoom la tua risposta mi fa pensare che non riesco a cogliere lidea classica di un campo vettoriale che esiste in tutto lo spazio.Un campo vettoriale è un concetto, una ” descrizione ” se vuoi, che riguarda solo ” realtà ” quando è disturbata da qualcosaltro? (un esperimento, una particella, ecc.) e si presenta come una forza, corrente, ecc. O è una cosa fisica? (forse non cè risposta a questa domanda senza entrare nel regno della fisica quantistica?). Grazie ancora!
• @Sofia Il fotone non è stato menzionato nella domanda. La domanda riguardava le onde elettromagnetiche, quindi ho risposto in modo appropriato. Mi sembra che il problema concettuale dellOP sia con i campi. Altrimenti cosè un fotone? Dopotutto è un quanto di un campo quantistico. Il concetto di campo è inevitabile, ci tornerai sempre.

Poiché, le onde elettromagnetiche hanno un vettore elettrico e magnetico. A causa di questo le onde EM mostrano un campo elettrico e magnetico. Un campo elettrico e magnetico non hanno bisogno di un mezzo per mostrare il loro effetto. Quindi in presenza di vettore di campo elettrico e magnetico che vibrano perpendicolarmente tra loro e ottengono pertervazioni le onde EM viaggiano nel vuoto.

Le onde elettromagnetiche sono solo un fenomeno osservato. Non cè viaggio.

Come esempio possiamo scegliere un fotone che sta “viaggiando” dal Sole alla Terra (per semplicità qui non ci interessano i problemi di gravità). Ciò significa che il Sole sta emettendo un po di energia (una quantità di moto) che viene ricevuta dalla Terra. Finora è tutto a posto. Ma cosa sta succedendo tra emissione e assorbimento? Lintervallo spazio-temporale è zero, perché la linea del mondo del fotone è simile alla luce. Un intervallo zero vuoto non può essere percorso, la trasmissione della quantità di moto avviene direttamente.

Lo stesso fenomeno in forma ridotta può essere osservato in un esperimento mentale in cui un astronauta compie un viaggio di andata e ritorno nello spazio vicino alla velocità della luce. Può viaggiare per 2000 anni luce nel 2001 anni che sono ridotti per lui dalla dilatazione del tempo e dalla contrazione della lunghezza a circa 2 anni luce in circa 2 anni. A causa dellelevata velocità, lintervallo spazio-temporale (e il suo tempo corretto) si è ridotto a ca. 2 anni. Quando torna sulla Terra dopo 2001 anni, sono passati solo 2 anni per lui (il cosiddetto paradosso dei gemelli).

Lintervallo spazio-temporale dei fotoni è ridotto a zero, ciò significa che non lo fanno viaggiare nello spaziotempo, il loro slancio viene trasmesso direttamente da un luogo allaltro. Lunica traccia osservabile che stanno lasciando nello spaziotempo è unonda elettromagnetica che si muove alla velocità della luce c. Londa elettromagnetica osservata ci dice che al suo posto lo spazio-tempo si è ridotto a zero per trasferire una quantità di moto. Questo fatto è conforme al secondo postulato della relatività di Einstein che non dice che la luce si muove in c, ma che la luce è osservata da qualsiasi osservatore mentre si muove in c.

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• Photons don ‘ t ha una cornice di riposo, secondo le risposte alla mia domanda
• Non ‘ non sono sicuro che tu abbia letto bene la mia risposta. Non sto parlando di un fotogramma di riposo di un fotone.
• Credo che la tua risposta menzioni il lasso di tempo dal punto di vista dei fotoni (” Lintervallo spaziotemporale è zero “) tuttavia questo può essere detto solo se il fotogramma è sul fotone ed è ‘ è vietato

I fotoni vengono rilasciati in pacchetti, quindi, quando la sorgente genera londa elettromagnetica, viene effettivamente rilasciata sotto forma di pacchetti. Questi pacchetti sono entità del sé che viaggiano su se stesse e non hanno bisogno di alcun mezzo per sostenerle.