Jag vet att det finns många frågor som är lika (kanske identiska?). Jag är inte fysiker eller student – jag är bara intresserad av fysik och har nyligen tittat på många fysikkanaler på youtube på min fritid.
Här är en (nästan) identisk fråga: Varför kräver ’ t elektromagnetiska vågor ett medium?
Här är ett svar på denna fråga:
Tja, jag skulle säga att det elektromagnetiska fältet är mediet.
Jag don ”t förstår detta – Hur kan något vara mediet för sig själv?
Svaren på dessa frågor tror jag inte riktigt ta upp specifika förvirringspunkter som jag har – så jag ska försöka fråga fråga lite annorlunda
Hur kan ljus (eller elektromagnetisk strålning) färdas genom ett vakuum när det inte finns något där för att fungera som ett medium, och göra det för alltid i alla riktningar? Till exempel ljuset som kommer från en stjärna som är miljontals ljusår borta.
Med vatten är det till exempel lätt för mig att se hur en våg kan spridas över ytan i alla riktningar och färdas så länge eftersom energin i vågen inte försvinner. Molekylerna i vattnet fungerar som mediet och svänger och skjuter alla angränsande molekyler som orsakar en dominoeffekt utåt.
Men vad gör ljuset?
En tanke jag hade är att om ljus är gjord av något så rör det sig bara utåt från ursprungspunkten i vilken riktning ljuset var på väg.
Vilket leder mig till fotoner .. .
Här är det första stycket från Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Photon
En foton är en elementär partikel, kvantiteten av ljus och alla andra former av elektromagnetisk strålning, och kraftbäraren för den elektromagnetiska kraften, även när den är statisk via virtuella fotoner. Effekterna av denna kraft är lätt kan observeras både på mikroskopisk och makroskopisk nivå, eftersom foton inte har någon vilmassa; detta möjliggör interaktioner på långa avstånd. Liksom alla elementära partiklar förklaras fotoner för närvarande bäst av kvantmekanik och uppvisar våg-partikel-dualitet, som uppvisar egenskaper hos både vågor och partiklar. Till exempel kan en enda foton brytas av en lins eller uppvisa våginterferens med sig själv, men också fungera som en partikel som ger ett definitivt resultat när dess position mäts.
Så … kanske fotoner utgör ljus, och de skjuter bara genom rymden som en våg, men det är verkligen inte en fysisk våg (som en ljud- eller vattenvåg), det ”bara” fungerar som en ”?
Här är en video från minutefysik: https://www.youtube.com/watch?v=Q_h4IoPJXZw
Videon talar om en elektrons partikelvågsdualitet. Så en enda elektron kan fungera som en våg, men när den träffar något träffar den bara en plats. Är det samma för fotoner?
Tankeexperiment : Ut i rymdens vakuum finns en enorm ihålig sfär 1 ljusår i radie. Inuti är bara vakuum, och i exakt mitt avges en ljusblixt i alla riktningar från en punktkälla. 1 år senare träffar ljuset sfären på alla platser samtidigt.
Det är 12,6 (eller 4 gånger pi) ljusår i kvadrat av ytan för att täcka! Hur kan det finnas tillräckligt med fotoner för att träffa varje plats inuti ytan av denna enorma sfär? Jag förstår att väldigt lite ljus skulle träffa så långt borta, men även om icke-noll åtminstone något ljus slår.
Eller kanske beror det på hur stor den är blixt var? Kanske träffar det inte varje plats?
Om ljuset verkligen är gjort av fotoner och fungerar som en våg men varje foton träffar bara en plats, så verkar det för mig att det måste finnas en oändlig mängd av fotoner i den ljusblixten för att träffa så många platser inuti sfären.
Men det måste vara omöjligt, så det måste finnas en brist i mitt resonemang.
Kommentarer
- ” Fungera som en våg ”? Om det ser ut som en anka och simmar som en anka och kvakar som en anka, då …
Svar
Tja, jag skulle säga att det elektromagnetiska fältet är mediet.
Jag förstår inte detta – Hur kan något vara mediet för sig själv?
Ljus är inte bara ett elektromagnetiskt fält. Ljus (dvs. fotoner) är en våg — en störning eller störning — i ett elektromagnetiskt fält. Precis som för tyngdkraften genomsyrar fält tydligen utrymme. Även massiva partiklar (t.ex.kvarker eller elektroner) kan beskrivas (eller ses) som vågor i underliggande fält.
Så … kanske fotoner utgör ljus, och de är bara skjuter genom rymden som en våg, men det är inte en fysisk våg (som en ljud- eller vattenvåg), den är bara ” som fungerar som en ”?
Vad du kallar en ”fysisk våg” är en framväxande egenskap hos ett underliggande medium (t.ex. luft, vatten). För det mesta är en sådan framväxande i princip densamma som en våg i ett fält. ”Fysiska vågor” kallas ofta ” kvasipartiklar ”, för av denna likhet. Vad vi tänker på som ”partiklar” (t.ex. elektroner) inte bara ”beter sig som vågor”, de är också vågor, därav ” vågpartikel dualitet ”.
Kommentarer
- Så i mitt tankeexperiment t, träffar fotoner varje punkt i sfären? I så fall hur kan det finnas så många fotoner? Är fotoner som en partikel genom att när den ” träffar ” sfären kommer den att få kontakt på ett ställe?
- Du sa att ljus är en störning ” i ett elektromagnetiskt fält ” – så i rymdens vakuum finns det redan ett elektromagnetiskt fält innan ljuset passerar igenom det?
- @codefactor Ett fält är i princip definierat som något som finns vid varje punkt i tid och rum, du kan hitta det på Wikipedia .
- @MarkMitchison Tack för den Wikipedia-länken – så fältet finns överallt och ljuset är en våg där fältet är mediet. Jag trodde att ljuset VAR fältet – så det var inte ’ meningsfullt att det skulle vara mediet för sig själv. Men ser ut som att ljus bara är vågen i detta redan existerande fält.
- Okej, det här tar upp en annan sak – om ljus är en våg i ” ett elektromagnetiskt fält ” som antyder att det kan finnas mer än ett fält … stämmer det? Eller är det en våg i ” det elektromagnetiska fältet ” … i ’ m förvirra mig själv.
Svar
Hur kan ljus ( eller elektromagnetisk strålning) färdas genom ett vakuum när det inte finns något där för att fungera som ett medium, och göra det för alltid i alla riktningar? Till exempel ljuset som kommer från en stjärna som är miljontals ljusår borta.
Ljus observeras som färd med hastighet v = c, enligt andra postulatet om special relativitet . Men enligt principerna för speciell relativitet är ljus inte resande, och det är därför inget medium behövs:
Ljusets världslinje är ljuslikt och ljusliknande rymdintervall är noll (tom). Det betyder att momentet som överförs genom elektromagnetisk interaktion från händelsen av emission till absorptionshändelsen bara måste korsa ett nollintervall, båda händelserna ligger intill rymdtiden. Men att korsa ett nollintervall är uppenbarligen ingen resa.
Rumstidsintervall kan dock inte observeras. Det vi observerar i vår observatörs rymdtidsdiagram är fotoner som färdas längs ljuskonen. Ett noll rumstidsintervall kan i vårt diagram motsvara ett avstånd på miljarder ljusår, och denna reste världslinje som bara är en produkt av vår observation. är ”fylld” av elektromagnetiska vågor. Elektromagnetiska vågor är de observerbara vittnen om det osynliga nollrumsintervallet.