これはおそらくまったくの初心者の質問であり、できる限り最善の方法で定式化するように努めますので、ここで説明します。電磁波は、たとえば宇宙の真空をどのように通過しますか？
波は水、ロープ、ギターの弦などとのアナロジーで説明されているのが普通ですが、これらの波はすべて伝播するための媒体が必要なようです。実際、私の観点からすると、これらの例では、「もの」としての波は存在せず、移動するのは単なる媒体です（マトリックスへの非自発的な参照、申し訳ありません）。
しかし、空間には媒体がないので、波はどのように伝わりますか？この「真空」か何かにある種の自由な粒子がありますか？「エーテル」の存在は捨てられたと思いますマイケルソンとモーリーによるので、おそらく波が通過するための媒体はありません。
さらに、光を電磁界の摂動として説明する他の回答を見たことがありますが、電磁界の存在は、妨害されるまで可能性がありますか？そもそも移動する光に邪魔されるまで、存在しないものをどのように通過できるのでしょうか？（この最後の文はおそらく私にとって大きな誤解です）。
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- すでに見たことがあるかもしれない関連する質問： physics.stackexchange.com/q107331 、 physics.stackexchange.com/q/109982
回答
マクスウェルの方程式で記述される電磁波に関連する粒子は、光子です。光子は質量のないゲージボソンであり、QED（量子電気力学）のいわゆる「力粒子」です。
水中の音や波は、媒体（空気）の密度の変動（または差）にすぎません。 、固体材料、水、…）、光子は実際の粒子、つまり量子場の励起です。したがって、光子が伝播する「媒体」は、宇宙のほとんどの放棄された場所でさえ、まだそこにある時空です。
あなたが言及した類推はまだそれほど悪くはありません。電磁波の伝播を視覚化することはできないので、できることを考え出す必要があります。これは当然のことながら、別の形の波です。水またはひも。
PotonicBoomがすでに述べたように、光子場は時空のいたるところに存在します。ただし、基底状態（真空状態）の励起のみが、光子と呼ばれる粒子によって意味されます。
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- いい言い方をします+私から1！時空が'中'のようなものであるとあなたが言ったことは興味深いです。メトリックはQEDラグランジアンに表示されませんが、上記の主張はどのように正当化されますか？不思議なことに、私は'おそらく明らかな何かが欠けています！
- メトリックはラグランジアンに明示的に表示されません。つまり、ラグランジアン密度$ \ mathcal {L} $ 。ただし、スカラー積、つまり$ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $、およびアクション、つまり$ \ mathcal {L} $上の積分。通常、場の量子論は、一般的な$ d ^ 4x $を使用してミンコフスキー時空で定義されます。
- しかし、メトリック$ g _ {\ mu \を使用して曲線時空で定義することもできます。 nu} $を測定し、$ \ sqrt {g} d ^ 4x $を測定し、$ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $を使用します。この場合、すべての内積とインデックスの増減は、メトリック$ g _ {\ mu \ nu} $を使用して実行する必要があることに注意してください。これは、ミンコフスキーの場合ほど単純ではありません。
- 男が波について尋ねたところ、あなたは粒子で答えました…
答え
古典電磁気学に単純化すると、電磁場はすべての空間に存在するベクトル場になります。時間依存の電磁界には、電場部分と磁場部分が関連付けられており、どちらも時間とともに変化します。これらは、マクスウェルの方程式によって記述されます。
この Webサイトには、2つのベクトル場が3D空間でどのように伝播するかを示す素敵なアニメーションGIF があります。電界と磁界が互いに垂直に振動（値を変更）することに注意してください。
コメント
- 非常にクールなリソース、ありがとう！私はする必要があると思いますその催眠術をかけているgifをしばらく見てください：）
- それは'質問されたものではありません。
- @Sofiaどの質問がそれをしませんでしたかアドレス？これは フィールドが伝播する方法です。
- @PhotonicBoomあなたの答えは、私がすべての空間に存在するベクトル場の古典的な考えを理解できないと思います。ベクトル場は概念であり、数学的な"説明"である場合、それは"現実"他の何かに邪魔されたときは？ （実験、粒子など）そしてそれは力、電流などとして現れます。それとも物理的なものですか？ （おそらく、量子物理学の領域に入らなければ、この質問に対する答えはありませんか？）もう一度ありがとう！
- @Sofia質問では光子について言及されていません。電磁波についての質問だったので、ちゃんと答えました。 OPの概念的な問題はフィールドにあるように私には思えます。そうでなければ、光子とは何ですか？結局のところ、その量子場の量子。フィールドの概念は避けられないので、いつでもそのフィールドに戻ることになります。
回答
以来、電磁波には電気的および磁気的ベクトルがあります。このため、EM波は電界と磁界を示します。電界と磁界は、その効果を示すための媒体を必要としません。したがって、互いに垂直に振動し、透過を得る電界および磁界ベクトルの存在下で、EM波は真空中を伝わります。
回答
電磁波は観察された現象にすぎません。移動はありません。
例として、太陽から地球に「移動」する光子を選択できます（簡単にするために、ここでは重力の問題は気にしません）。これは、太陽が地球が受け取るエネルギー（運動量）を少し放出していることを意味します。これまでのところすべてがOKです。しかし、放出と吸収の間で何が起こっているのでしょうか？光子のワールドラインが明るいため、時空間隔はゼロです。空のゼロ間隔を移動することはできません。運動量の伝達は直接発生しています。
宇宙飛行士が光速近くで宇宙を往復する思考実験でも、同じ現象が誘導型で観察される場合があります。彼は2001年に2000光年を旅行するかもしれませんが、時間の遅れと長さの収縮によって約2年で約2光年に短縮されます。速度が速いため、時空間隔（および彼の固有時）は約1時間に短縮されました。 2年。彼が2001年後に地球に戻ってきたとき、彼は2年しか経っていません（いわゆる双子のパラドックス）。
光子の時空間隔はゼロに短縮されます。つまり、光子はゼロになりません。時空を旅すると、その勢いはある場所から別の場所に直接伝達されます。彼らが時空に残している唯一の観測可能な痕跡は、光速cで移動する電磁波です。観測された電磁波は、その場所で運動量を伝達するために時空がゼロに減少したことを示しています。この事実は、光がcで動いているとは言っていないが、光はcで動いているように観測者によって観察されるというアインシュタインの相対性理論の2番目の仮定に準拠しています。
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回答
光子はパケットで放出されます。したがって、ソースが電磁波を生成しているとき、実際にはパケットの形で放出されます。これらのパケットは、それ自体で移動する自己エンティティであり、それを維持するための媒体を必要としません。