Hoe reizen elektromagnetische golven in een vacuüm?

De deeltjes die zijn geassocieerd met de elektromagnetische golven, beschreven door Maxwell “s vergelijkingen , zijn de fotonen . Fotonen zijn massaloze ijkbosonen, de zogenaamde “krachtdeeltjes” van QED (kwantumelektrodynamica).

Terwijl geluid of de golven in water slechts fluctuaties (of verschillen) zijn in de dichtheden van het medium (lucht , vaste stof, water, …), zijn de fotonen feitelijke deeltjes, dwz excitaties van een kwantumveld. Dus het “medium” waar fotonen zich voortplanten is gewoon ruimte-tijd die er nog steeds is, zelfs op de meeste verlaten plaatsen in het universum.

De analogieën die je noemde zijn nog steeds niet zo slecht. Omdat we de voortplanting van elektromagnetische golven niet kunnen visualiseren, moeten we iets bedenken dat we wel kunnen, wat niet verrassend een andere vorm van een golf is, bijv. water of strings.

Zoals PotonicBoom al zei, bestaat het fotonenveld overal in de ruimte-tijd. Alleen de excitatie van de grondtoestand (de vacuümtoestand) is wat we bedoelen met het deeltje dat foton wordt genoemd.

Opmerkingen

• Mooi gezegd + 1 van mij! Het is interessant wat je zei over ruimtetijd als een soort ‘ medium ‘. De statistiek komt niet voor in de QED Lagrangian, dus hoe wordt de bovenstaande claim gerechtvaardigd? Gewoon nieuwsgierig, ik ‘ m mis waarschijnlijk iets voor de hand liggend!
• De statistiek komt niet expliciet voor in de Lagrangiaan, dwz de Lagrangiaanse dichtheid $ \ mathcal {L} $ . Dit doet het echter wel in scalaire producten, dwz $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, en in de actie, dwz de integraal over $ \ mathcal {L} $. Gewoonlijk wordt een kwantumveldentheorie gedefinieerd in Minkowski ruimte-tijd met de gemeenschappelijke $ d ^ 4x $.
• Maar je zou het net zo goed kunnen definiëren in een gekromde ruimtetijd met metriek $ g _ {\ mu \ nu} $ en meet $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, met $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Merk op dat in dit geval alle scalaire producten en het verlagen en verhogen van indices moeten worden gedaan met de metriek $ g _ {\ mu \ nu} $, wat niet zo eenvoudig is als in het geval van Minkowsk.
• de man vroeg naar een golf en jij antwoordt met een deeltje …

Als we vereenvoudigd tot het klassieke elektromagnetisme, dan is het elektromagnetische veld een vectorveld dat in de hele ruimte bestaat. Een tijdsafhankelijk elektromagnetisch veld heeft een elektrisch velddeel en een magnetisch velddeel dat ermee samenhangt en beide veranderen met de tijd. Ze worden beschreven door Maxwell “s vergelijkingen.

Deze website heeft een mooie geanimeerde gif die laat zien hoe de twee vectorvelden zich voortplanten in de 3D-ruimte. Merk op dat de elektrische en magnetische velden oscilleren (waarden wijzigen) loodrecht op elkaar bij altijd. Wat we dan straling noemen, is gewoon de reizende verstoring van energie.

Reacties

• Zeer coole bronnen, bedankt! Ik denk dat ik dat moet doen kijk een tijdje naar die hypnotiserende gif 🙂
• Het ‘ is niet wat er werd gevraagd.
• @Sofia Welke vraag deed het niet adres? Dit is hoe het veld zich voortplant.
• @PhotonicBoom je antwoord doet me denken dat ik het klassieke idee van een vectorveld dat in de hele ruimte bestaat niet kan bevatten.Is een vectorveld een concept, een wiskundige ” beschrijving ” als je wilt, dat komt alleen neer op ” realiteit ” wanneer deze wordt gestoord door iets anders? (een experiment, een deeltje, enz.) en het presenteert zichzelf als een kracht, stroom, enz. Of is het een fysiek ding? (misschien is er geen antwoord op deze vraag zonder in het rijk van de kwantumfysica te gaan?). Nogmaals bedankt!
• @Sofia Het foton werd niet genoemd in de vraag. De vraag ging over elektromagnetische golven, dus ik antwoordde op de juiste manier. Het lijkt mij dat het conceptuele probleem van het OP met velden is. Wat is anders een foton? Het is tenslotte een kwantum van een kwantumveld. Het concept van een veld is onvermijdelijk, je komt er altijd weer op uit.

Sinds, elektromagnetische golven hebben een elektrische en magnetische vector. Hierdoor vertonen EM-golven een elektrisch en magnetisch veld. Een elektrisch en magnetisch veld hebben geen medium nodig om hun effect te laten zien. Vandaar dat in de aanwezigheid van elektrische en magnetische veldvectoren die perpendeculer naar elkaar trillen en pertervatie EM-golven in vacuüm krijgen.

Elektromagnetische golven zijn slechts een waargenomen fenomeen. Er is geen reizen.

Als voorbeeld kunnen we een foton kiezen dat “reist” van de zon naar de aarde (voor de eenvoud geven we hier niet om de zwaartekracht). Dat betekent dat de zon een beetje energie (een momentum) uitzendt die door de aarde wordt opgevangen. Tot nu toe is alles in orde. Maar wat gebeurt er tussen emissie en absorptie? Het ruimtetijdinterval is nul, omdat de wereldlijn van het foton lichtachtig is. Een leeg nul-interval kan niet worden afgelegd, de overdracht van het momentum vindt rechtstreeks plaats.

Hetzelfde fenomeen in een gereduceerde vorm kan worden waargenomen in een gedachte-experiment waarbij een astronaut een rondreis maakt in de ruimte nabij de lichtsnelheid. Hij kan in 2001 2000 lichtjaren afleggen, wat voor hem door tijddilatatie en lengtecontractie wordt teruggebracht tot ongeveer 2 lichtjaar in ongeveer 2 jaar. Vanwege de hoge snelheid is het ruimtetijdinterval (en zijn juiste tijd) gekrompen tot ca. 2 jaar. Wanneer hij na 2001 jaar terugkeert naar de aarde, zijn er voor hem slechts 2 jaar verstreken (de zogenaamde tweelingparadox).

Het ruimtetijdinterval van fotonen wordt teruggebracht tot nul, dat betekent dat ze niet reizen door ruimtetijd, wordt hun momentum rechtstreeks van de ene plaats naar de andere overgebracht. Het enige waarneembare spoor dat ze achterlaten in de ruimtetijd is een elektromagnetische golf die beweegt met een lichtsnelheid c. De waargenomen elektromagnetische golf vertelt ons dat de ruimtetijd op zijn plaats is teruggebracht tot nul om een momentum over te brengen. Dit feit is in overeenstemming met het tweede postulaat van Einsteins relativiteitstheorie dat niet zegt dat licht beweegt bij c, maar dat licht door elke waarnemer wordt waargenomen als bewegend bij c.

Opmerkingen

• Fotonen hebben geen ‘ geen rustframe, volgens de antwoorden op mijn vraag
• Ik ‘ weet niet zeker of je mijn antwoord goed hebt gelezen. Ik heb het niet over een rustframe van een foton.
• Ik denk dat je antwoord een time-lapse noemt vanuit het foton-standpunt (” Het ruimtetijdinterval is nul “) maar dit kan alleen worden gezegd als het frame op het foton staat en het ‘ s verboden

Fotonen worden in pakketten vrijgegeven, dus wanneer de bron de elektromagnetische golf genereert, wordt het in feite in pakketvorm vrijgegeven. Deze pakketten zijn zelfentiteiten die op zichzelf reizen en geen medium nodig hebben om het te onderhouden.