В свободном пространстве, и , поэтому нет электромагнитных источников/стоков. Таким образом, уравнения Максвелла сводятся к:
Предположим, я пишу простую симуляцию для визуализации электромагнитного поля в свободном пространстве. Я видел, как люди говорят о волнах, распространяющихся в свободном пространстве, и я знаю, что электромагнитные волны не создаются из ничего — обычно предполагается, что такие электромагнитные волны, распространяющиеся в свободном пространстве, являются плоскими волнами, возникшими в заряженной среде. источник очень далеко.
Однако, когда я реализую «колебание» в электромагнитном поле, откуда берется это колебание — практически с точки зрения кодирования? Вы просто подключаете, например, синусоидальный источник в том месте, где хотите исследовать электромагнитное поле?
А если бы не было таких «магических» волн, распространяющихся в свободном пространстве, оставалось бы ЭМ поле просто гладким, без каких-либо колебаний, вибраций, синусоид и т.д.? Другими словами, может ли быть полностью стационарное электромагнитное поле, или два последних уравнения Максвелла, приведенные выше, предотвращают появление стационарных электромагнитных полей? Но тогда что в свободном пространстве могло бы заставить начальное изменение электрического или магнитного поля вызвать колебания?
И наконец, предположим, что я написал симуляцию, включающую 4 уравнения Максвелла выше (свободное пространство). Будет ли электромагнитное поле постоянно постоянным, а распространяющаяся волна появится только в том случае, если я возмущу, скажем, электрическое поле, которое активирует бесконечный цикл уравнений ротора? Таким образом, если бы в моей симуляции начальные значения E и B были равны 0, то они оставались бы равными 0 всегда. Но если бы одно или оба начальных значения E и B были отличны от нуля, то уравнения ротора были бы «активированы» и привели бы к бесконечной петле колебаний?
Я думаю, что ответ прост: «Да».
Что вы должны иметь в виду, так это сохранение энергии: пока нет источников, сохраняется полная энергия электромагнитного поля.
Но тогда что в свободном пространстве могло бы заставить начальное изменение электрического или магнитного поля вызвать колебания?
Источник, который, возможно, где-то локализован и не обязательно всегда ненулевой.
Вопрос «Что заставляет электромагнитные волны распространяться в свободном пространстве?» по сути то же самое, что спрашивать, почему существуют электромагнитные волны. Если уж на то пошло, то почему существуют электроны или вообще что-то существует? Вместо того, чтобы отвлекаться на философию, давайте сосредоточимся на физике. Мы должны напомнить себе о том, насколько глубока концепция поля. Эта концепция восходит к Майклу Фарадею. Поле присваивает число или тензор каждой точке пространства. Другими словами, поле есть свойство самого пространства. Когда поле имеет наименьшее возможное значение, мы называем его вакуумом. Пустое пространство — это не ничто. «Пустое» пространство имеет структуру. На самом деле, очень богатая структура. В случае электромагнитных полей эта структура описывается уравнениями Максвелла. Электромагнитная волна буквально является свойством пространства (с временной зависимостью). Предположим, что поля электромагнетизма возмущены. Например, возмущение может быть вызвано столкновением электрона с атомом. Поля (точнее, одно поле, называемое ) имеет точную реакцию на это событие. Возмущение поля распространяется наружу со скоростью света от места события. Возмущение описывается уравнениями Максвелла. Другими словами, само пространство имеет структуру, которую мы воспринимаем как электромагнитную волну. Когда электромагнитная волна создана, нет необходимости в источниках.
Это более или менее упрощенная точка зрения современной физики. Все элементарные частицы являются квантованными возбуждениями различных полей. Электрон есть квантованное возбуждение электронного поля. Кварк — это квантованное возбуждение кваркового поля и так далее для всех остальных частиц. Разным полям соответствуют разные свойства пространства. Вся материя, энергия и фундаментальные силы буквально являются свойствами самого пространства. Все физическое существование происходит из пространства. Поля действительно глубоки!
Любопытный