Hvordan beveger elektromagnetiske bølger i vakuum?

partikler assosiert med de elektromagnetiske bølgene, beskrevet av Maxwells ligninger , er fotoner . Fotoner er masseløse målebosoner, de såkalte «kraftpartiklene» til QED (kvanteelektrodynamikk).

Mens lyd eller bølgene i vannet bare er svingninger (eller forskjeller) i mediumets tetthet (luft , fast materiale, vann, …), er fotonene faktiske partikler, dvs. eksitasjoner av et kvantefelt. Så «mediet» der fotoner forplantes er bare romtid som fremdeles er der, selv på de fleste forlatte steder i universet.

Analogiene du nevnte er fortsatt ikke så ille. Siden vi ikke kan visualisere forplantningen av elektromagnetiske bølger, må vi finne på noe vi kan, noe som ikke overraskende er en annen form for en bølge, f.eks. vann eller strenger.

Som PotonicBoom allerede nevnte, eksisterer fotonfeltet overalt i rom-tid. Imidlertid er bare eksitasjonen av grunntilstanden (vakuumtilstanden) det vi mener med partikkelen som kalles foton.

Kommentarer

• Pent sagt + 1 fra meg! Det er interessant hva du sa om at romtiden var en slags ‘ medium ‘. Beregningen vises ikke i QED Lagrangian, så hvordan er kravet ovenfor berettiget? Bare nysgjerrig, jeg ‘ mangler sannsynligvis noe åpenbart!
• Beregningen vises ikke eksplisitt i Lagrangian, dvs. den lagrangiske tettheten $ \ mathcal {L} $ . Det gjør imidlertid i skalære produkter, dvs. $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, og i handlingen, dvs. integrert over $ \ mathcal {L} $. Vanligvis er en kvantefeltteori definert i Minkowski romtid med den vanlige $ d ^ 4x $.
• Men du kan like godt definere den i en buet romtid med metrisk $ g _ {\ mu \ nu} $ og måle $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, med $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Merk at i dette tilfellet må alle skalarprodukter og senking og heving av indekser gjøres med metriske $ g _ {\ mu \ nu} $, noe som ikke er så enkelt som i Minkowskian-tilfellet.
• fyren spurte om en bølge og du svarer med en partikkel …

Hvis vi forenkle til klassisk elektromagnetisme da er det elektromagnetiske feltet et vektorfelt som eksisterer i hele rommet. Et tidsavhengig elektromagnetisk felt har en elektrisk feltdel og en magnetisk feltdel assosiert med seg, og begge endrer seg med tiden. De er beskrevet av Maxwells ligninger.

Dette nettstedet har en fin animert gif som viser hvordan de to vektorfeltene forplanter seg i 3D-rom. Legg merke til at de elektriske og magnetiske feltene svinger (endrer verdier) vinkelrett på hverandre ved alle tider. Det vi kaller stråling er bare energiforstyrrelsen.

Kommentarer

• Veldig kule ressurser, takk! Jeg tror jeg må se på den hypnotiserende gifen en stund 🙂
• Det ‘ er ikke det som ble spurt.
• @Sofia Hvilket spørsmål gjorde det ikke adresse? Dette er hvordan feltet forplantes.
• @PhotonicBoom svaret ditt får meg til å tenke at jeg ikke kan forstå den klassiske ideen om et vektorfelt som eksisterer i hele rommet.Er et vektorfelt et begrep, en matematisk » beskrivelse » hvis du vil, som bare kommer til » virkeligheten » når den blir forstyrret av noe annet? (et eksperiment, en partikkel, osv.) og den presenterer seg som en kraft, strøm osv. Eller er det en fysisk ting? (kanskje er det ikke noe svar på dette spørsmålet uten å gå inn i Quantum-Physics-riket?). Takk igjen!
• @Sofia Fotonen ble ikke nevnt i spørsmålet. Spørsmålet handlet om elektromagnetiske bølger, så jeg svarte riktig. Det virker for meg at det konseptuelle problemet med OP er med felt. Ellers hva er en foton? Det er tross alt et kvante av et kvantefelt. Konseptet med et felt er uunngåelig, du vil alltid ende opp med det.

Siden, elektromagnetiske bølger har elektrisk og magnetisk vektor. På grunn av dette viser EM-bølger elektrisk og magnetisk felt. Et elektrisk og magnetisk felt har ikke noe behov for et medium for å vise deres effekt. Derfor i nærvær av elektriske og magnetiske feltvektorer som vibrerer vinkelrett til hverandre og får perfervasjon EM-bølger i vakuum.

Elektromagnetiske bølger er bare et observert fenomen. Det er ingen reise.

Som et eksempel kan vi velge et foton som «reiser» fra sol til jord (for enkelhets skyld bryr vi oss ikke om tyngdeproblemer her). Det betyr at solen avgir litt energi (et momentum) som mottas av jorden. Så langt er alt i orden. Men hva skjer mellom utslipp og absorpsjon? Romtidsintervallet er null, fordi fotonens verdenslinje er lett. Et tomt nullintervall kan ikke beveges, overføringen av momentum skjer direkte.

Det samme fenomenet i redusert form kan observeres i et tankeeksperiment der en astronaut tar et rom rundtur nær lysets hastighet. Han kan reise 2000 lysår i 2001 år, noe som reduseres for ham ved tidsdilatasjon og lengdekontraksjon til omtrent 2 lysår på omtrent 2 år. På grunn av den høye hastigheten har romtidsintervallet (og riktig tid) krympet til ca. 2 år. Når han kommer tilbake til jorden etter 2001 år, har bare to år gått for ham (det såkalte tvillingparadokset).

Rommetidintervallet for fotoner er redusert til null, det betyr at de ikke reiser gjennom romtid, overføres deres fart direkte fra ett sted til et annet. Det eneste observerbare sporet de etterlater i romtiden er en elektromagnetisk bølge som beveger seg med lyshastighet c. Den observerte elektromagnetiske bølgen forteller oss at romtiden reduseres til null for å overføre et momentum. Dette faktum er i samsvar med det andre postulatet i Einsteins relativitet som ikke sier at lys beveger seg ved c, men at lys observeres av enhver observatør som beveger seg ved c.

Kommentarer

• Fotoner har ‘ t har en hvileramme, ifølge svarene på spørsmål
• Jeg ‘ er ikke sikker på at du leser godt svaret mitt. Jeg snakker ikke om en hvileramme av et foton.
• Jeg tror du svarer, nevner tidsforløp fra fotonstandpunktet (» Romtidsintervallet er null «) men dette kan bare sies hvis rammen er på fotonet og den ‘ er forbudt

Fotoner frigjøres i pakker. Så når kilden genererer den elektromagnetiske bølgen, frigjøres den faktisk i pakkeformer. Disse pakkene er selvtillit som reiser på egenhånd og trenger ikke noe medium for å opprettholde det.