Jak fale elektromagnetyczne przemieszczają się w próżni?

cząstki związane z falami elektromagnetycznymi, opisane przez równania Maxwella , to fotony . Fotony są bezmasowymi bozonami mierniczymi, tak zwanymi „cząstkami siły” QED (elektrodynamiki kwantowej).

Podczas gdy dźwięk lub fale w wodzie są po prostu fluktuacjami (lub różnicami) w gęstościach ośrodka (powietrza , ciało stałe, woda, …), fotony to rzeczywiste cząstki, czyli wzbudzenia pola kwantowego. Zatem „medium”, w którym propagują się fotony, to po prostu czasoprzestrzeń, która wciąż istnieje, nawet w najbardziej opuszczonych miejscach we wszechświecie.

Wspomniane analogie nadal nie są takie złe. Ponieważ nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie propagacji fal elektromagnetycznych, musimy wymyślić coś, co jest, co nie jest zaskakujące, inną formą fali, np. woda lub struny.

Jak już wspomniał PotonicBoom, pole fotonów istnieje wszędzie w czasoprzestrzeni. Jednak tylko wzbudzenie stanu podstawowego (stanu próżni) jest tym, co rozumiemy przez cząstkę zwaną fotonem.

Komentarze

• Dobrze powiedziane + 1 ode mnie! Ciekawe, co powiedziałeś o czasoprzestrzeni jako pewnego rodzaju ' medium '. Metryka nie pojawia się w lagrangianu QED, więc jak uzasadnione jest powyższe roszczenie? Ciekawe, że ' prawdopodobnie brakuje mi czegoś oczywistego!
• Metryka nie pojawia się wyraźnie w Lagrangianu, tj. Gęstości Lagrangea $ \ mathcal {L} $ . Dzieje się to jednak w iloczynach skalarnych, tj. $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $ oraz w akcji, tj. całka po $ \ mathcal {L} $. Zwykle kwantowa teoria pola jest definiowana w czasoprzestrzeni Minkowskiego za pomocą wspólnego $ d ^ 4x $.
• Równie dobrze można ją zdefiniować w jakiejś zakrzywionej czasoprzestrzeni za pomocą metryki $ g _ {\ mu \ nu} $ i zmierz $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, z $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Zauważ, że w tym przypadku wszystkie iloczyny skalarne oraz obniżanie i podnoszenie indeksów muszą być wykonywane za pomocą metryki $ g _ {\ mu \ nu} $, co nie jest tak proste, jak w przypadku Minkowskiego.
• facet zapytał o falę, a ty odpowiadasz cząstką ….

Jeśli uprościć do klasycznego elektromagnetyzmu, wówczas pole elektromagnetyczne jest polem wektorowym, które istnieje w całej przestrzeni. Pole elektromagnetyczne zależne od czasu ma część pola elektrycznego i związaną z nim część pola magnetycznego i oba zmieniają się w czasie. Są one opisane przez równania Maxwella.

Ta witryna ma ładny animowany gif , który pokazuje, jak dwa pola wektorowe propagują się w przestrzeni 3D. Zauważ, że pola elektryczne i magnetyczne oscylują (zmieniają wartości) prostopadle do siebie przez cały czas. To, co nazywamy wówczas promieniowaniem, jest po prostu zakłóceniem przemieszczania się energii.

Komentarze

• Bardzo fajne zasoby, dzięki! Myślę, że muszę popatrz na ten hipnotyzujący gif przez chwilę 🙂
• To ' to nie to, o co pytano.
• @Sofia Które pytanie nie adres? To jest propagacją pola.
• @PhotonicBoom Twoja odpowiedź sprawia, że myślę, że nie mogę pojąć klasycznej idei pola wektorowego, które istnieje w całej przestrzeni.Czy pole wektorowe jest pojęciem, matematycznym ” opisem „, jeśli wolisz, to dotyczy tylko ” rzeczywistość „, kiedy przeszkadza jej coś innego? (eksperyment, cząstka itp.) i przedstawia się jako siła, prąd itp. A może jest to rzecz fizyczna? (być może nie ma odpowiedzi na to pytanie bez wchodzenia w dziedzinę fizyki kwantowej?). Jeszcze raz dziękuję!
• @Sofia W pytaniu nie wspomniano o fotonie. Pytanie dotyczyło fal elektromagnetycznych, więc odpowiedziałem odpowiednio. Wydaje mi się, że koncepcyjny problem PO dotyczy pól. W przeciwnym razie czym jest foton? W końcu jest to kwant pola kwantowego. Koncepcja pola jest nieunikniona, zawsze do niej wrócisz.

Ponieważ, fale elektromagnetyczne mają wektor elektryczny i magnetyczny. Z tego powodu fale EM wykazują pole elektryczne i magnetyczne. Pole elektryczne i magnetyczne nie potrzebuje medium, aby pokazać swój efekt. Stąd w obecności wektora pola elektrycznego i magnetycznego, które wibrują względem siebie prostopadle i powodują perwersję, fale EM przemieszczają się w próżni.

Fale elektromagnetyczne są tylko obserwowanym zjawiskiem. Nie ma podróży.

Jako przykład możemy wybrać foton, który „podróżuje” ze Słońca na Ziemię (dla uproszczenia nie przejmujemy się tutaj kwestią grawitacji). Oznacza to, że Słońce emituje trochę energii (pęd), którą odbiera Ziemia. Na razie wszystko jest w porządku. Ale co dzieje się między emisją a absorpcją? Interwał czasoprzestrzeni wynosi zero, ponieważ linia świata fotonu jest podobna do światła. Nie można przebyć pustego przedziału zerowego, transmisja pędu odbywa się bezpośrednio.

To samo zjawisko w zredukowanej formie można zaobserwować w eksperymencie myślowym, w którym astronauta wykonuje kosmiczną podróż w obie strony z prędkością bliską prędkości światła. Może podróżować 2000 lat świetlnych w 2001 roku, co jest dla niego zredukowane przez dylatację czasu i skrócenie długości do około 2 lat świetlnych w ciągu około 2 lat. Ze względu na dużą prędkość interwał czasoprzestrzeni (i jego właściwy czas) skurczył się do ok. 2 lata. Kiedy wraca na Ziemię po 2001 roku, minęły mu tylko 2 lata (tzw. Paradoks bliźniaków).

Przedział czasoprzestrzenny fotonów zostaje zredukowany do zera, co oznacza, że nie podróżują przez czasoprzestrzeń, ich pęd jest przenoszony bezpośrednio z jednego miejsca do drugiego. Jedynym możliwym do zaobserwowania śladem, jaki pozostawiają w czasoprzestrzeni, jest fala elektromagnetyczna poruszająca się z prędkością światła c. Obserwowana fala elektromagnetyczna mówi nam, że w jej miejscu czasoprzestrzeń zostaje zredukowana do zera w celu przeniesienia pędu. Fakt ten jest zgodny z drugim postulatem teorii względności Einsteina, który nie mówi, że światło porusza się w c, ale to światło jest postrzegane przez każdego obserwatora jako poruszające się w c.

Komentarze

• Fotony nie ' nie mają ramki odpoczynku, zgodnie z odpowiedziami na moje pytanie
• I ' Nie jestem pewien, czy dobrze przeczytałeś moją odpowiedź. Nie mówię o ramce spoczynkowej fotonu.
• Myślę, że twoja odpowiedź wspomina o upływie czasu z punktu widzenia fotonu (” Odstęp czasoprzestrzeni wynosi zero „), ale można to powiedzieć tylko jeśli ramka jest na fotonie i ' jest zabroniona

Fotony są uwalniane w pakietach, więc kiedy źródło generuje falę elektromagnetyczną, jest ono faktycznie uwalniane w postaci pakietów. Pakiety te są własnymi bytami, które podróżują samodzielnie i nie potrzebują żadnego medium do ich podtrzymania.