Как колеблется свет?

При распространении света колебания не означают никакого движения в пространстве. Это значение электромагнитного поля в одной данной точке пространства, которое колеблется.

Картинка, которую вы цитируете, представляет собой не движение в пространстве, а величину электромагнитного поля как функцию времени.

Сравните с волнами в воде: если вы поместите маленькую лодку на воду, она будет двигаться вверх и вниз, когда мимо проходит волна, показывая, что вода действительно движется вверх и вниз. Для электромагнитных волн нет ни материи, ни фотонов, движущихся вверх и вниз.

Вместо этого вы должны представить, что с каждой точкой пространства связана маленькая стрелка: эта маленькая стрелка указывает направление электрического поля. Другая стрелка в той же точке — магнитное поле. Эти две стрелки со временем меняют размер и направление и фактически колеблются. Но помните, что они связаны только с одной точкой в ​​пространстве. Следующая точка в пространстве будет иметь другие стрелки. Все пространство заполнено множеством стрелок, по одной в каждой точке, и они взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие позволяет колебанию одного из них передаваться следующему, следующему и т. д.

Мы говорим, что электромагнитная волна колеблется, потому что что-то колеблется, когда волна проходит мимо. Свет распространяется, как показано на изображении выше, но это еще не все. Чтобы узнать больше, взгляните на статью об электромагнитном излучении в Википедии и обратите внимание на это:

«Кроме того, дальние поля E и B в свободном пространстве, которые в качестве волновых решений зависят в первую очередь от этих двух уравнений Максвелла, находятся в фазе друг с другом. Это гарантируется, поскольку общее волновое решение имеет первый порядок как в пространстве, так и во времени, и оператор ротора в одной части этих уравнений приводит к пространственным производным первого порядка волнового решения, в то время как производная по времени в другой части уравнений, которая дает другое поле, имеет первый порядок по времени».

Также см. статью Ааронова-Бома о том, что потенциал является «более фундаментальным», чем поле, и подумайте в следующем направлении: синусоидальная форма электрического сигнала является пространственной производной электромагнитного четырехпотенциала, в то время как синусоидальная форма магнитного сигнала является производной по времени.. Чтобы представить это, представьте, что вы находитесь в каноэ в море. Представьте, что на вас надвигается океаническая волна. Представьте, что это просто горб воды, без корыта. По мере приближения волны ваше каноэ наклоняется вверх. Степень наклона обозначается как E, а скорость изменения наклона обозначается как B. Когда вы на мгновение оказываетесь на вершине волны, ваше каноэ находится в горизонтальном положении и на мгновение перестало наклоняться, поэтому E и B равны нулю. Затем, когда вы спускаетесь с другой стороны, ситуация меняется на обратную. В том же духе вы можете нарисовать синусоидальную форму электрического сигнала как пространственную производную от «горба» потенциала следующим образом:

Теперь обратите внимание: если вы пролетели над океанской волной на вертолете, не отставая от нее, это просто горб . Он вообще не колеблется. Он колеблется только для парня в каноэ, потому что проезжает мимо него. То же самое и с фотоном, который я считаю одной электромагнитной волной. И, конечно же, волны обычно приходят в виде «поездов волн», когда одна волна следует за другой, как на вашем рисунке, потому что волна была создана чем-то колеблющимся.

Это изображение , которое я люблю показывать своим ученикам. Это показывает, что электрическое поле волны в вопросе ОП повсюду:

Я попытался сделать анимацию того, как движется электрическое поле , но это не очень приятно смотреть. Синусоидальные волны выглядят лучше и могут представлять фазу волны, но цветовой круг обеспечивает визуализацию фазы, которая с меньшей вероятностью усиливает неправильное понимание того, что что-то шевелится. Такие анимации приятно смотреть. И их также можно интерпретировать как фазы когерентных фотонов.