Как электромагнитные волны распространяются в вакууме?

Возможно, это вопрос для новичков, и я постараюсь сформулировать его как можно лучше, так что вот оно. Как электромагнитная волна распространяется, например, через космический вакуум?

Обычно я вижу, что волны объясняются аналогиями с водой, кусками веревки, струнами гитары и т. д., но мне кажется, что всем этим волнам для распространения нужна среда. На самом деле, с моей точки зрения, в тех примерах волна как "вещь" не существует, а просто движется среда (невольная отсылка к Матрице, извините).

Но в космосе среды нет, так как же распространяется волна? Есть ли в этом «вакууме» какие-то свободные частицы или что-то в этом роде? Я считаю, что существование «эфира» было отвергнуто Майкельсоном и Морли , поэтому предположительно не существует среды, через которую могла бы пройти волна.

Более того, я видел другие ответы, которые описывают свет как возмущение электромагнитного поля, но разве существование поля не потенциально, пока оно не нарушено? Как он может путешествовать через то, чего не существует, пока его не побеспокоит путешествующий свет? (это последнее предложение, вероятно, является большим заблуждением с моей стороны).

Связанные вопросы, которые вы, возможно, уже видели: физика.stackexchange.com /q107331 , физика.stackexchange.com/q/ 109982

Ответы (5)

Частицы, связанные с электромагнитными волнами, описываемыми уравнениями Максвелла , — это фотоны . Фотоны — это безмассовые калибровочные бозоны, так называемые «силовые частицы» КЭД (квантовой электродинамики).

В то время как звук или волны в воде — это всего лишь флуктуации (или различия) плотностей среды (воздуха, твердого материала, воды и т. д.), фотоны — это настоящие частицы, т. е. возбуждения квантового поля. Таким образом, «среда», в которой распространяются фотоны, — это просто пространство-время, которое все еще существует даже в самых заброшенных уголках Вселенной.

Упомянутые вами аналогии все же не так уж плохи. Поскольку мы не можем визуализировать распространение электромагнитных волн, мы должны придумать что-то, что мы можем, и неудивительно, что это другая форма волны, например, вода или струны.

Как уже упоминал PotonicBoom, фотонное поле существует повсюду в пространстве-времени. Однако под частицей, называемой фотоном, мы подразумеваем только возбуждение основного состояния (вакуумного состояния).

Красиво сказано +1 от меня! Интересно, что вы сказали о пространстве-времени как о своего рода «среде». Метрика не появляется в лагранжиане КЭД, так как же обосновано вышеприведенное утверждение? Просто любопытно, я, вероятно, упускаю что-то очевидное!
Метрика не появляется явно в лагранжиане, т.е. плотность лагранжиана л . Однако это происходит в скалярных произведениях, т.е. Ф мю ν знак равно грамм мю р грамм ν о Ф р о , а в действии, т.е. интеграл по л . Обычно квантовая теория поля определяется в пространстве-времени Минковского с общим г 4 Икс .
Но с тем же успехом вы могли бы определить его в каком-нибудь искривленном пространстве-времени с метрикой. грамм мю ν и измерить грамм г 4 Икс , с грамм знак равно дет грамм мю ν . Обратите внимание, что в этом случае все скалярные произведения, а также понижение и повышение индексов должны выполняться с метрикой грамм мю ν , что не так просто, как в случае Минковского.
парень спросил про волну, а ты отвечаешь частицей....

Если упростить до классического электромагнетизма, то электромагнитное поле — это векторное поле, существующее во всем пространстве. Зависимое от времени электромагнитное поле имеет часть электрического поля и часть магнитного поля, связанные с ним, и обе они изменяются со временем. Они описываются уравнениями Максвелла.

На этом веб-сайте есть хороший анимированный gif , который показывает, как два векторных поля распространяются в трехмерном пространстве. Обратите внимание, что электрические и магнитные поля постоянно колеблются (изменяют значения) перпендикулярно друг другу. То, что мы тогда называем излучением, есть просто бегущее возмущение энергии.

Очень крутые ресурсы, спасибо! Думаю, мне нужно некоторое время посмотреть на эту гипнотизирующую гифку :)
Это не то, что спросили.
@Sofia Какой вопрос он не ответил? Вот как распространяется поле.
@PhotonicBoom ваш ответ заставляет меня думать, что я не могу понять классическую идею векторного поля, существующего во всем пространстве. Является ли векторное поле понятием, математическим «описанием», если хотите, которое становится «реальным» только тогда, когда оно нарушается чем-то другим? (эксперимент, частица и т. д.) и представляет собой силу, ток и т. д. Или это физическая вещь? (возможно, нет ответа на этот вопрос, если не углубляться в область квантовой физики?). Спасибо еще раз!
@jotadepicas Вы занимаетесь философией, так что будьте осторожны. Понятие поля является математическим, но было показано, что это описание работает , т. е. описывает все наблюдаемые явления. Теперь, существует ли поле или нет, на самом деле не является действительным вопросом физики. Что мы знаем, так это то, что если вы относитесь к излучению таким образом, вам не нужен носитель, чтобы описать его.
@PhotonicBoom Понятно, так что математическая концепция поля - это решение, позволяющее не нуждаться в физическом «Эфире»? Это правильно?
@jotadepicas Да, это, по сути, сок. Взгляните на этот вопрос.
@PhotonicBoom: см. наше обсуждение. Вопрос был не об электрическом и магнитном поле, изменяющемся во времени и т. д. Он был о том, нужна ли фотону среда, как воде-волнам нужна вода. Но если вы посмотрите обсуждение, то увидите.
@Sofia Фотон не упоминался в вопросе. Вопрос был об электромагнитных волнах, поэтому я ответил соответственно. Мне кажется, что концептуальная проблема ОП связана с полями. Иначе что такое фотон? В конце концов, это квант квантового поля. Концепция поля неизбежна, вы всегда будете возвращаться к ней.
@PhotonicBoom: вопрос был о том, является ли электромагнитное поле колебанием среды, подобно тому, как звуковым волнам нужен воздух или другая среда, или же, если электромагнитная волна не зависит от среды. Пожалуйста, смотрите вопрос.

Так как электромагнитные волны имеют электрический и магнитный вектор. Благодаря этому ЭМ волны проявляют электрическое и магнитное поле. Электрическое и магнитное поля не нуждаются в среде для проявления своего эффекта. Следовательно, при наличии электрического и магнитного полей вектора, которые колеблются перпендикулярно друг другу и получают пертернативное распространение ЭМ волн в вакууме.

Электромагнитные волны — это всего лишь наблюдаемое явление. Путешествия нет.

В качестве примера мы можем выбрать фотон, который «путешествует» от Солнца к Земле (для простоты мы не заботимся здесь о гравитации). Это означает, что Солнце излучает немного энергии (импульс), которую получает Земля. Пока все в порядке. Но что происходит между излучением и поглощением? Пространственно-временной интервал равен нулю, потому что мировая линия фотона светоподобна. Пустой нулевой интервал не может быть пройден, передача импульса происходит напрямую.

То же явление в уменьшенной форме можно наблюдать в мысленном эксперименте, когда астронавт совершает космическое путешествие туда и обратно со скоростью, близкой к скорости света. Он может пройти 2000 световых лет за 2001 год, которые сокращаются для него из-за замедления времени и сокращения длины примерно до 2 световых лет примерно за 2 года. Из-за высокой скорости пространственно-временной интервал (и его собственное время) сократился до ок. 2 года. Когда он возвращается на Землю через 2001 год, для него прошло всего 2 года (так называемый парадокс близнецов).

Пространственно-временной интервал фотонов сводится к нулю, это означает, что они не путешествуют сквозь пространство-время, их импульс передается напрямую из одного места в другое. Единственный наблюдаемый след, который они оставляют в пространстве-времени, — это электромагнитная волна, движущаяся со скоростью света c. Наблюдаемая электромагнитная волна говорит нам о том, что на ее месте пространство-время сводится к нулю, чтобы передать импульс. Этот факт соответствует второму постулату теории относительности Эйнштейна, который не говорит, что свет движется в точке с, но что любой наблюдатель наблюдает свет как движущийся в точке с.

Фотоны не имеют системы покоя, судя по ответам на мой вопрос
Я не уверен, что вы хорошо прочитали мой ответ. Я не говорю о системе покоя фотона.
Я полагаю, что в вашем ответе упоминается промежуток времени с точки зрения фотона («Интервал пространства-времени равен нулю»), однако это можно сказать, только если кадр находится на фотоне, и это запрещено.

Фотоны испускаются пакетами. Итак, когда источник генерирует электромагнитную волну, она на самом деле высвобождается в пакетной форме. Эти пакеты являются самостоятельными объектами, которые путешествуют сами по себе и не нуждаются в каком-либо носителе для их поддержания.

Как электромагнитные волны распространяются в вакууме?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 15v