Cum călătoresc undele electromagnetice în vid?

The particulele asociate undelor electromagnetice, descrise de ecuațiile lui Maxwell , sunt fotoni . Fotonii sunt bosoni de masură fără masă, așa-numitele „particule-forță” ale QED (electrodinamică cuantică).

În timp ce sunetul sau undele din apă sunt doar fluctuații (sau diferențe) în densitățile mediului (aerul , material solid, apă, …), fotonii sunt particule reale, adică excitații ale unui câmp cuantic. Deci, „mediul” în care se propagă fotonii este doar spațiu-timp care este încă acolo, chiar și în majoritatea locurilor abandonate din univers.

Analogiile pe care le-ați menționat nu sunt încă atât de rele. Deoarece nu putem vizualiza propagarea undelor electromagnetice, trebuie să venim cu ceva ce putem, ceea ce este, în mod surprinzător, o altă formă de undă, de ex. apă sau șiruri.

După cum am menționat deja PotonicBoom, câmpul fotonic există peste tot în spațiu-timp. Cu toate acestea, doar excitația stării fundamentale (starea de vid) este ceea ce înțelegem prin particula numită foton.

Comentarii

• Frumos spus + 1 de la mine! Este interesant ce ați spus despre spațiu-timp ca fiind un fel de ‘ mediu ‘. Valoarea nu apare în Lagrangianul QED, deci cum este justificată afirmația de mai sus? Doar curios, ‘ probabil îmi lipsește ceva evident!
• Metrica nu apare explicit în Lagrangian, adică densitatea Lagrangian $ \ mathcal {L} $ . Cu toate acestea, se face în produsele scalare, adică $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, și în acțiune, adică integral peste $ \ mathcal {L} $. De obicei, o teorie cuantică a câmpului este definită în spațiul-timp Minkowski cu $ d ^ 4x $ comun.
• Dar la fel de bine l-ați putea defini într-un spațiu-timp curbat cu metrică $ g _ {\ mu \ nu} $ și măsoară $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, cu $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Rețineți că, în acest caz, toate produsele scalare și scăderea și creșterea indicilor trebuie făcute cu metrica $ g _ {\ mu \ nu} $, ceea ce nu este la fel de simplu ca în cazul Minkowskian.
• tipul a întrebat despre o undă și tu răspunzi cu o particulă ….

Dacă simplifică la electromagnetismul clasic atunci câmpul electromagnetic este un câmp vector care există în tot spațiul. Un câmp electromagnetic dependent de timp are o parte a câmpului electric și o parte a câmpului magnetic asociate acestuia și ambele se schimbă în timp. Acestea sunt descrise de ecuațiile lui Maxwell.

Acest site web are un frumos gif animat care arată modul în care cele două câmpuri vectoriale se propagă în spațiul 3D. Observați că câmpurile electrice și magnetice oscilează (schimbă valorile) perpendiculare între ele la tot timpul. Ceea ce numim atunci radiație este doar perturbarea energiei în deplasare.

Comentarii

• Resurse foarte interesante, mulțumesc! Cred că trebuie să uită-te la acel gif hipnotizant pentru o vreme 🙂
• Nu ‘ nu este ceea ce i s-a pus.
• @Sofia Care întrebare nu adresa? Acest este modul în care se propagă câmpul.
• @PhotonicBoom răspunsul dvs. mă face să cred că nu pot înțelege ideea clasică a unui câmp vector care există în tot spațiul.Este un câmp vector un concept, o descriere matematică ” descriere ” dacă vreți, care vine doar la ” realitatea ” atunci când este deranjat de altceva? (un experiment, o particulă etc.) și se prezintă ca o forță, curent etc. Sau este un lucru fizic? (poate că nu există un răspuns la această întrebare fără a intra în domeniul fizicii cuantice?). Vă mulțumim din nou!
• @Sofia Fotonul nu a fost menționat în întrebare. Întrebarea a fost despre undele electromagnetice, așa că am răspuns în mod adecvat. Mi se pare că problema conceptuală a PO este legată de câmpuri. Altfel ce este un foton? La urma urmei, este cuantica unui câmp cuantic. Conceptul de câmp este inevitabil, veți ajunge întotdeauna la el.

Deoarece, undele electromagnetice au vector electric și magnetic. Datorită acestui fapt, undele EM prezintă câmp electric și magnetic. Un câmp electric și magnetic nu are nevoie de un mediu pentru a-și arăta efectul. Prin urmare, în prezența vectorului de câmp electric și magnetic care vibrează perpendeculer unul pe celălalt și obțin pertervații undele EM se deplasează în vid.

Undele electromagnetice sunt doar un fenomen observat. Nu există nicio călătorie.

De exemplu, putem alege un foton care „călătorește” de la Soare la Pământ (pentru simplitate, aici nu ne pasă de problemele gravitaționale). Asta înseamnă că Soarele emite un pic de energie (un impuls) care este primită de Pământ. Până acum totul este OK. Dar ce se întâmplă între emisie și absorbție? Intervalul spațiu-timp este zero, deoarece linia lumii a fotonului este asemănătoare luminii. Un interval zero gol nu poate fi parcurs, transmisia impulsului se întâmplă direct.

Același fenomen într-o formă redusă poate fi observat într-un experiment de gândire în care un astronaut face un spațiu dus-întors în apropierea vitezei luminii. El poate călători 2000 de ani lumină în 2001 ani, care sunt reduși pentru el prin dilatarea timpului și contracția lungimii la aproximativ 2 ani lumină în aproximativ 2 ani. Datorită vitezei mari, intervalul spațiu-timp (și timpul său adecvat) s-a micșorat până la aproximativ 2 ani. Când se întoarce pe Pământ după 2001 ani, au trecut doar 2 ani pentru el (așa-numitul paradox gemene).

Intervalul spațiu-timp al fotonilor este redus la zero, ceea ce înseamnă că nu călătoresc prin spațiu-timp, impulsul lor este transmis direct dintr-un loc în altul. Singura urmă observabilă pe care o lasă în spațiu-timp este o undă electromagnetică care se mișcă la viteza luminii c. Unda electromagnetică observată ne spune că la locul său spațiu-timp redus la zero pentru a transfera un impuls. Acest fapt se conformează celui de-al doilea postulat al relativității lui Einstein, care nu spune că lumina se mișcă la c, ci că lumina este observată de orice observator ca se mișcă la c.

Comentarii

• Fotonii nu ‘ nu au un cadru de odihnă, conform răspunsurilor la întrebare
• Nu ‘ nu sunt sigur că ați citit bine răspunsul meu. Nu vorbesc despre un cadru de odihnă al unui foton.
• Cred că răspunsul dvs. menționează time lapse din punctul de vedere al fotonului (” Intervalul spațiu-timp este zero „) totuși acest lucru se poate spune numai dacă cadrul este pe foton și este ‘ interzis

Fotonii sunt eliberați în pachete. Deci, atunci când sursa generează unda electromagnetică, acesta este de fapt eliberat în forme de pachete. Aceste pachete sunt entități de sine care călătoresc pe cont propriu și nu au nevoie de niciun mediu pentru a-l susține.