Почему электромагнитным волнам не нужна среда?

Ну, я бы сказал, что электромагнитное поле является средой.

Подобно тому, как среда колеблется в воде, когда наблюдается волна воды после броска камня, так и электромагнитное поле колеблется при возбуждении, скажем, антенной. Если ничего не колеблется, то нет волн ни в воде, ни в электромагнитном поле.

Среда исчезает только тогда, когда об электромагнитном поле думают как о чем-то, только как о вакууме. Но этот либеральный взгляд на вакуум сильно отличается от взгляда на вакуум в КЭД, общепринятой теории электромагнитных полей. Там вакуумное состояние не обладает электромагнитным полем. Точнее, его математическое ожидание, т. е. то, что в нем можно наблюдать, тождественно равно нулю.

Да, вы совершенно правы, но физикам потребовалась интеллектуальная революция, чтобы понять, что имеет смысл иметь волну, которая не была бы движением или раскачиванием какой-то физической среды, волну, которая могла бы так же хорошо существовать в пустом пространстве.

Весь свет является электромагнитным излучением. Но спрашивать «Как они содержат...» — это немного расплывчато или философски. Правильный ответ: свет — это поле.

Между прочим, на самом деле нет разницы между электрическим полем и магнитным полем, они вместе составляют одно электромагнитное поле, и это одно поле нельзя разделить на две отдельные части, одну электрическую, другую магнитную, потому что два разных наблюдателя, движущихся в разных направлениях, разделили бы одно и то же поле по-разному, то, что один назвал бы электрическим, другой наблюдатель назвал бы магнитным, показывая, что разделение на две части несколько искусственно.

Наконец, чтобы ответить, возможно, что вы на самом деле имели в виду, как электрическая лампочка или что-то еще содержит поле, ответ таков: сначала не совсем, но включение электрического тока, протекающего через нить накаливания, вызывает движение электронов в атомы в нити с нужной скоростью, так что это движение электричества в атомах генерирует магнитное поле, и это запускает весь процесс. По своему фундаментальному принципу это то же самое, что и с радиоантенной, но частота движения другая, поэтому создаваемое электромагнитное поле имеет радиочастоту, а не световую частоту, а также есть другие различия в деталях. Я не буду объяснять, как атомы излучают фотоны, так как это в каком-то смысле уже содержится в том, что я сказал:

Электричество и магнетизм объединились в удачной математической модели уравнений Максвелла . До этого они моделировались как отдельные явления. Эти уравнения, классическая электродинамика, оказались очень успешными и привели к технологической цивилизации, которой мы наслаждаемся в настоящее время.

При изучении микроскопической структуры атомов, молекул и частиц теория должна была быть квантована, и это называется квантовой электродинамикой . Две концепции описания электромагнитных эффектов согласуются, классическое описание плавно вытекает из квантово-механического.

На ваш вопрос отвечает Арнольд Ноймайер в рамках квантовой теории.

Здесь я хочу обратиться к электромагнитному излучению в рамках классической электродинамики.

Уравнения Максвелла являются дифференциальными уравнениями, и их решения для электрического и магнитного полей также дают волновое решение.

Электромагнитные волны можно представить как самораспространяющиеся поперечные колебательные волны электрического и магнитного полей. Эта трехмерная анимация показывает плоскую волну с линейной поляризацией, распространяющуюся слева направо.

Обратите внимание, что электрическое и магнитное поля в такой волне находятся в фазе друг с другом, достигая минимума и максимума вместе , поэтому, даже если вы правы в том, что изменяющиеся электрические поля порождают изменяющиеся магнитные поля, и наоборот, организация волны не причинно. Причиной является источник, и после выхода волны из источника корреляции/фазы фиксируются в зависимости от типа волны. Интересно почитать историю электричества и магнетизма .

Работая над проблемой дальше, Максвелл показал, что уравнения предсказывают существование волн колеблющихся электрических и магнитных полей, которые распространяются в пустом пространстве со скоростью, которую можно было бы предсказать из простых электрических экспериментов; используя имеющиеся в то время данные, Максвелл получил скорость 310 740 000 м/с. В своей статье 1864 года «Динамическая теория электромагнитного поля» Максвелл писал: «Совпадение результатов, по-видимому, показывает, что свет и магнетизм являются проявлениями одной и той же субстанции и что свет представляет собой электромагнитное возмущение, распространяющееся через поле в соответствии с электромагнитными законами.

В то время, хотя решения уравнений Максвелла не требовали среды для света, физики, использующие волны от акустических до водных, предположили, что волны света двигаются по среде, называемой светоносным эфиром . Экспериментальные данные, эксперимент Майкельсона-Морли , показали, что эфира не существует. Так что это экспериментальный факт , что свету не нужна среда для распространения.

Одна вещь, которая меня удивила, это то, что свет также называют электромагнитной волной.

Включает ли это свет любого рода, например: свет от лампочки, трубки, а также от Солнца?

Да, свет любого источника, как видимый, так и невидимое человеческому глазу излучение, такое как рентгеновские лучи, гамма-излучение, инфракрасное излучение и т. д.

Как они содержат электрические и магнитные поля?

Математическое описание содержит электрическое и магнитное поля, потому что уравнения Максвелла выражаются через электрические и магнитные поля, и, таким образом, решения, которые были отождествлены со светом и всеми остальными излучениями, также имеют электрические и магнитные поля в функциях.

Вакуум это среда. Он имеет много степеней свободы, что видно из существования поляризации вакуума и из аннигиляции и рождения пар.