I følge wikipedia og andre kilder, er det ingen langsgående elektromagnetiske bølger i ledig plass . Jeg lurer på hvorfor ikke.
Betrakt en oscillerende ladet partikkel som en kilde til EM-bølger. Si at posisjonen er gitt av $ x (t) = \ sin (t) $. Det er tydelig at ethvert punkt på $ x $ aksen, magnetfeltet er null. Men det er fortsatt et tidsvarierende elektrisk felt (mer eller mindre sinusformet i intensitet, med en «DC-forskyvning» fra null), hvis variasjoner forplanter seg med hastigheten på lys. Dette høres ganske bølgelignende ut for meg. Hvorfor er det ikke? Er det kanskje en grunn til at det ikke kan overføre energi?
Et veldig likt spørsmål er allerede blitt spurt, men det brukte et » tau «analogi, og jeg føler at svarene oversett poenget som jeg gjør.
Svar
Jeg tror dette er dels et spørsmål om vokabular, og dels en refleksjon av det faktum at de langsgående Coulomb-svingningene du beskriver faller av så raskt med avstand. (I utgangspunktet $ 1 / r ^ 2 $ i stedet for $ 1 / r $.) Derfor kalles de vanligvis «nærfelteffekter» og domineres totalt av de tverrgående «bølgene» etter en avstand på bare noen få bølgelengder. Likevel eksisterer de, selv i vakuum, og de strekker seg til uendelig, bare veldig, veldig svakt.
Svar
Når du kommer langt nok unna en strålekilde, vil feltet ditt se ut som en plan bølge.
Hvis du ser på en plan bølge, hvor $ \ vec {E} (\ vec {x}, t) = \ vec {E} _0 (\ vec {k} \ cdot \ vec {x} – \ omega t) $ og $ \ vec {B} (\ vec {x}, t) = \ vec {B} _0 (\ vec {k} \ cdot \ vec {x} – \ omega t) $ (for fast funksjoner av en enkelt variabel $ \ vec {E} _0 $, $ \ vec {B} _0 $), vil du finne som tilfredsstiller Maxwells ligninger i tom plass krever at $ \ vec {k} \ cdot \ vec {E} _0 = \ vec {k} \ cdot \ vec {B} _0 = 0 $. Det vil si at de elektriske og magnetiske feltene må være vinkelrett på retningen av forplantning.
Hvorfor? Fordi variasjon i retning av forplantning vil føre til en ikke-null avvik i $ \ vec {E} $ eller $ \ vec {B} $, noe som er strengt forbudt. Med mindre selvfølgelig har du ladetetthet som ikke er null, i så fall kan $ \ vec {E} $ ha en tilsvarende divergens. Dette er grunnen til at langsgående bølger er mulige i plasmaer.
Answe r
http://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave#Electromagnetic har et godt sammendrag av situasjon. Det er ingen langsgående løsninger av Maxwell-ligningene i et vakuum, men du kan få slike løsninger i et plasma.
Kommentarer
- Kan deretter EM bølger være langsgående i plasma?
- Ja, men de ‘ er virkelig lydbølger i en ladet gass, ikke EM-bølger.
- Jeg er en lekmann, så jeg beklager et mulig stumt spørsmål, men disse uforvrengte progressive bølgene teller ikke som EM-bølger i lengderetningen? Kanskje solitons? arxiv.org/pdf/hep-th/9606171v4.pdf Takk på forhånd.
Svar
Jeg vet ikke om dette virkelig kvalifiserer som et svar, men hvis jeg leser spørsmålet ditt riktig, tror jeg du kan synes dette sitatet er interessant:
«De opprinnelige former for kvantemekanikk … [kvantisert] … det elektromagnetiske feltet … ved Fourier-transformasjon, som en overstilling av planbølger med tverrgående, langsgående , og tidaktige polarisasjoner … Kombinasjonen av langsgående og tidaktige oscillatorer ble vist å gi (øyeblikkelig) Coulomb-interaksjon av partiklene, mens de tverrgående oscillatorer var ekvivalente med fotoner. «[1 ]
[1] Laurie M. Brown, Feynmans avhandling , s. xi-xii. World Scientific (2005), pocketutgave.
Kommentarer
- Tverrgående bølger er ikke obligatorisk forplantning. Tenk på å flytte jevnt ladet. Dens elektriske felt har langsgående og tverrgående komponenter, men ingenting er en stråling.
Svar
Er dette ikke relatert til det faktum at det masseløse fotonet ikke kan ha en langsgående modus? Det må tilfredsstille,
$$ k_ \ mu \ epsilon ^ \ mu = – \ vec k \ cdot \ vec \ epsilon = 0 $$ Hvis det var langsgående, $ \ vec k = \ vec \ epsilon \ times | \ vec k | $ slik at $ \ vec k \ cdot \ vec \ epsilon = | \ vec k | \ ne0 $.
Legg merke til at hvis fotonet var massivt, ville vi få lov dens ramme der $ \ vec k = 0 $, men det er ikke «t, så vi er ikke det.
Svar
Hvis du ser på en lysbølge som en roterende $ x $ og $ y $ akse som forplanter seg fremover i $ z $ retning, vil ligningen som kan resultere se ut som en skrue eller helix. Ligningen til bølgen er ikke bare en funksjon av tiden, men også i $ z $.
$$ y = A \ mathrm e ^ {i (Bz + \ omega t)}, \ quad i = \ sqrt {-1} $$
Merk en ligning av en helix som er:
$$ X = A \ sin Bz, \ quad y = A \ cos Bz, \ quad z = z $$
Det ser ut til at helixen er dannet ved å rotere polarisasjonen av lysbølgen med en vinkelhastighet. Dette virker som beskrivelsen av en «langsgående» bølge. Jeg håper dette vil hjelpe.
Svar
Det kreves langsgående elektromagnetiske felt for å tilfredsstille Maxwells divE = 0 + rho_free. De eksisterer alltid selv i vakuum. Planbølgetilnærming holder ikke veldig bra utenfor noen få (veldig begrensede) forhold.
Svar
Lys kan ha polarisering langs k-vektoren. Se sirkulært polarisert lys.
Kommentarer
- sirkulært polarisert lys er tverrgående …
Svar
Fordi du ser på feil deler av vitenskapen, en som er lenge glemt og aldri forfulgt. Du kan undersøke Marconi og Tesla, som begge bruker langsgående elektromagnetiske bølger i overføringsenhetene. Tesla var ikke opptatt av trådløs signaloverføring, men trådløs «kraft» -overføring.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla
http://www.capturedlightning.com/frames/Tesla0.html
Du finner ikke langsgående elektromagnetisk bølger utenfor Tesla- og Marconi-tiden, som moderne vitenskap ikke gidder å undersøke lenger.
Kommentarer
- Rett og slett feil. Langsgående bølger kan være vist seg å ikke fungere i gratis forplantning, men de brukes regelmessig i bølgeledere.