Hur rör sig elektromagnetiska vågor i vakuum?

partiklar associerade med de elektromagnetiska vågorna, beskrivna av Maxwells ekvationer , är fotoner . Fotoner är masslösa mätarbosoner, de så kallade ”kraftpartiklarna” i QED (kvantelektrodynamik).

Medan ljud eller vågorna i vattnet bara är fluktuationer (eller skillnader) i mediumets densiteter (luft , fast material, vatten, …), fotonerna är faktiska partiklar, dvs excitationer av ett kvantfält. Så ”mediet” där fotoner sprids är bara rymdtid som fortfarande finns där, även på de flesta övergivna platser i universum.

De analogier du nämnde är fortfarande inte så dåliga. Eftersom vi inte kan visualisera utbredningen av elektromagnetiska vågor, måste vi komma på något vi kan, vilket inte överraskande är en annan form av en våg, t.ex. vatten eller strängar.

Som PotonicBoom redan nämnde finns fotonfältet överallt i rymdtid. Men bara excitationen av marktillståndet (vakuumtillståndet) är vad vi menar med den partikel som kallas foton.

Kommentarer

• Snyggt sagt + 1 från mig! Det är intressant vad du sa om att rymdtiden är något av ett ’ medium ’. Mätvärdet visas inte i QED Lagrangian, så hur är kravet ovan motiverat? Bara nyfiken, jag ’ saknar förmodligen något uppenbart!
• Mätvärdet visas inte uttryckligen i Lagrangian, dvs Lagrangian densitet $ \ mathcal {L} $ . Det gör dock i skalära produkter, dvs $ F ^ {\ mu \ nu} = g ^ {\ mu \ rho} g ^ {\ nu \ sigma} F _ {\ rho \ sigma} $, och i åtgärden, dvs integrerat över $ \ mathcal {L} $. Vanligtvis definieras en kvantfältsteori i Minkowski-rymdtid med den gemensamma $ d ^ 4x $.
• Men du kan lika gärna definiera den i en viss krökt rymdtid med metriska $ g _ {\ mu \ nu} $ och mät $ \ sqrt {g} d ^ 4x $, med $ g = \ det g _ {\ mu \ nu} $. Observera att i detta fall måste alla skalära produkter och sänkning och höjning av index göras med mätvärdet $ g _ {\ mu \ nu} $, vilket inte är så enkelt som i fallet Minkowskian.
• killen frågade om en våg och du svarar med en partikel ….

Om vi förenkla till den klassiska elektromagnetismen då är det elektromagnetiska fältet ett vektorfält som finns i hela rymden. Ett tidsberoende elektromagnetiskt fält har en elektrisk fältdel och en magnetfältdel associerad med sig och båda förändras med tiden. De beskrivs av Maxwells ekvationer.

Denna webbplats har en trevlig animerad gif som visar hur de två vektorfälten sprider sig i 3D-utrymme. Observera att de elektriska och magnetiska fälten svänger (ändrar värden) vinkelrätt mot varandra vid alla tider. Det vi kallar strålning är bara energistörningen.

Kommentarer

• Mycket coola resurser, tack! Jag tror att jag behöver titta på det hypnotiserande gifet ett tag 🙂
• Det ’ är inte vad som ställdes.
• @Sofia Vilken fråga gjorde det inte adress? Detta är hur fältet sprids.
• @PhotonicBoom ditt svar får mig att tro att jag inte kan förstå den klassiska idén om ett vektorfält som finns i hela rymden.Är ett vektorfält ett begrepp, en matematisk ” beskrivning ” om du vill, som bara kommer till ” verklighet ” när den störs av något annat? (ett experiment, en partikel, etc) och den presenterar sig som en kraft, ström etc. Eller är det en fysisk sak? (kanske finns det inget svar på denna fråga utan att gå in i kvantfysikområdet?). Tack igen!
• @Sofia Fotonen nämndes inte i frågan. Frågan handlade om elektromagnetiska vågor så jag svarade på lämpligt sätt. Det verkar för mig att det konceptuella problemet med OP är med fält. Annars vad är en foton? Det är trots allt ett kvant av ett kvantfält. Konceptet med ett fält är oundvikligt, du kommer alltid att hamna tillbaka till det.

Eftersom, elektromagnetiska vågor har elektrisk och magnetisk vektor. På grund av detta visar EM-vågor elektriska och magnetiska fält. Ett elektriskt och magnetiskt fält behöver inget medium för att visa deras effekt. Därför i närvaro av elektriska och magnetiska fältvektorer som vibrerar vinkelräta mot varandra och får förvrängning av EM-vågor i vakuum.

Elektromagnetiska vågor är bara ett observerat fenomen. Det finns ingen resa.

Som ett exempel kan vi välja en foton som ”reser” från solen till jorden (för enkelhetens skull bryr vi oss inte om tyngdkraftsfrågor här). Det betyder att solen avger lite energi (ett momentum) som tas emot av jorden. Hittills är allt OK. Men vad händer mellan utsläpp och absorption? Rymdtidsintervallet är noll, för fotonens världslinje är lättliknande. Ett tomt nollintervall kan inte förflyttas, överföringen av momentum sker direkt.

Samma fenomen i reducerad form kan observeras i ett tankeexperiment där en astronaut gör en rymdresa nära ljusets hastighet. Han kan resa 2000 ljusår under 2001 år, vilket minskas för honom genom tidsutvidgning och längdkontraktion till cirka 2 ljusår på cirka 2 år. På grund av den höga hastigheten har rymdintervallet (och hans rätta tid) krympt till ca. 2 år. När han kommer tillbaka till jorden efter 2001 år har det bara gått två år för honom (den så kallade tvillingparadoxen).

Rymdtidsintervallet för fotoner reduceras till noll, det betyder att de inte reser genom rymdtid överförs deras fart direkt från en plats till en annan. Det enda observerbara spåret de lämnar under rymdtiden är en elektromagnetisk våg som rör sig med ljushastighet c. Den observerade elektromagnetiska vågen berättar att rymdtiden på sin plats reducerades till noll för att överföra en fart. Detta faktum överensstämmer med det andra postulatet i Einsteins relativitet som inte säger att ljus rör sig vid c, men att ljuset observeras av alla observatörer som rör sig vid c.

Kommentarer

• Fotoner har ’ t har en viloram, enligt svaren på min fråga
• Jag ’ jag är inte säker på att du läser väl mitt svar. Jag talar inte om en vilaram i en foton.
• Jag tror att du svarar nämner tidsfördröjning från fotonsynpunkt (” Intervallet för spacetime är noll ”) men detta kan bara sägas om ramen är på foton och den ’ är förbjuden

Fotoner släpps i paket, så när källan genererar den elektromagnetiska vågen släpps den faktiskt i paketformer. Dessa paket är själva enheter som reser på egen hand och behöver inte något medium för att upprätthålla det.