¿Cómo son las ondas electromagnéticas en el espacio 3D? No son oscilaciones en el límite de dos espacios, como siempre los muestran los diagramas.

Las matemáticas dicen que es una onda plana que viaja en 3 dimensiones, lo cual no es algo que tenga sentido todos los días.

Estos videos Richard Feynman Video – The Douglas Robb Memorial Lectures – Part 1 dan la mejor idea de lo que es un fotón.

No lo considero una ola o una partícula; No lo es. Es un paquete de energía que hace cosas extrañas que solo funcionan como sensatas en retrospectiva.

Veamos un poco más de cerca las olas:

Por ejemplo, una onda en un estanque es una onda circular en dos dimensiones. En una explosión nuclear atmosférica, se puede ver una onda de choque esférica en tres dimensiones. Si se acerca lo suficiente a una onda de radio grande, se ve “casi” como una onda plana, por lo que puede entender un poco por qué un fotón actúa en algunas circunstancias como ondas que conocemos y amamos. Pero no lo es; no puede extender esa suposición “casi recta” más allá de una pequeña fracción del radio sin que esa suposición salga terriblemente mal.

Ok, dices, una onda de compresión en un resorte resbaladizo es una onda plana. Sí lo es; ¡pero solo en una dimensión!

La respuesta de Mark Barton cuenta un poco de esta historia, y es realmente la única forma útil, pero aún incompleta, de visualizar un fotón, ya que solo viaja en una dimensión, no en tres.

Usted ve, un fotón no solo va en una dirección, sino en todas las direcciones al mismo tiempo; pero como una onda plana, NO una onda esférica. Es una onda plana en tres dimensiones, y simplemente no se puede dibujar con precisión.

Cuando se absorbe un fotón, hay una transferencia de energía entre dos partículas cargadas, que solo entonces en retrospectiva tiene una dirección (entre las dos partículas cargadas) y una velocidad (la constante “c” llamada velocidad de la luz)

Ese fotón podría haber sido fácilmente absorbido por un electrón exactamente en la dirección opuesta a la observada, incluso después de viajar durante millones de años. Extraño … pero demostrado ser cierto! Esa es la mecánica cuántica para ti.

La dirección está determinada por la termodinámica: una partícula cargada está en un estado en el que puede perder energía, y la otra está en un estado en el que puede ganar la misma cantidad de energía.

¿Qué partícula cargada elige el fotón? Cualquiera de ellos en todo el universo que están en esta relación termodinámicamente favorable de acuerdo con la teoría de probabilidad de la mecánica cuántica. Una partícula que está mucho más lejos es mucho menos probable que sea la elegida (aleatoriamente según estas probabilidades), pero la probabilidad no es cero.

Después de todo, podemos ver la luz de las estrellas a años luz de distancia, por lo que la baja probabilidad a menudo se equilibra con enormes cantidades.

Las ecuaciones de Maxwell nos llevaron al descubrimiento de cómo un pulso de campos eléctricos y magnéticos, aparentemente independientes de partículas cargadas, puede viajar a través del espacio. Para que tal pulso satisfaga las ecuaciones de Maxwell, los campos eléctricos y magnéticos deben ser perpendiculares. Además, el pulso viaja en la dirección de E × B , a la velocidad de la luz.

(En realidad, tal pulso no necesita ser una onda. El ejemplo anterior que he ilustrado también puede ilustrarse mediante un “plano” que se propaga a través del espacio a la velocidad de la luz. La razón de la naturaleza ondulatoria de la luz tiene que ser hacer con el movimiento oscilatorio de partículas cargadas en la materia, como los electrones de valencia).

En conclusión, una onda electromagnética en el espacio se vería como un campo eléctrico que oscila hacia arriba y hacia abajo, con un campo magnético perpendicular correspondiente, que oscila hacia adelante y hacia atrás. La dirección de las oscilaciones de las ondas (su propagación) viene dada por el producto cruzado de los campos eléctricos y magnéticos. En cierto sentido, cada “parte” de una onda electromagnética cubre una de las tres dimensiones.

Aquí hay una imagen útil de mi descripción.

A2A. Los diagramas de ondas EM representan ondas planas polarizadas sin atenuación, solo un solo fotón, lo que de hecho sucede, incluso para las ondas monocromáticas y polarizadas emitidas en vacío es una atenuación en expansión debido a la dispersión de fotones, y cuando se encuentra materia, muchos efectos distorsionan la onda frontal ya que ya no será esférico; el vector poynting (normal al frente de onda) ya no será radial.

Es bastante difícil entender el enredo de los campos E y M debido a las corrientes de desplazamiento en el vacío cuando no hay cargas presentes, o tenemos que creer que el éter TIENE cargas para soportar los campos y permite los valores de vacío de la permisividad y la permeabilidad magnética o convertirse en un “verdadero creyente” de las ecuaciones de Maxwell sin más apoyo.

Mi hipótesis es que un fotón está compuesto por un número igual de cargas mono opuestas, es decir, partículas que giran alrededor de un centro común. La velocidad de la revolución es su frecuencia y la longitud de onda es la distancia que recorre un fotón en una revolución. La amplitud, en este caso, representa la intensidad del campo eléctrico o magnético. Debido a que las cargas mono están rotando, el campo eléctrico comienza en cero (con las cargas positivas y negativas presentes en igual valor); entonces la carga negativa se aleja, por lo que la carga positiva aumenta en valor y, por lo tanto, la amplitud, etc.

Ahora que tenemos una buena idea de lo que es el fotón, puede visualizarlo en 3D, es una partícula compuesta de cargas mono rotativas positivas y negativas que se mueven en una dirección particular.

Los diagramas habituales son diagramas representativos que representan los campos eléctricos y magnéticos que están mutuamente en ángulo recto con respecto a la dirección del movimiento. Esto significa que el campo eléctrico está en una dimensión; el campo magnético está en otro; y el fotón se mueve en el 3er.

Las cargas mono dan lugar al campo eléctrico y su movimiento genera el campo magnético; ambos están representados en los diagramas conceptuales que no representan la realidad física en absoluto.

No No se puede dibujar nada que varíe con las tres dimensiones espaciales en una hoja o pantalla 2D; y, de hecho, si pudieras hacer un holograma 3D, mirar “dentro” de su superficie sería muy confuso para la vista. Dibujamos dibujos animados 2D de ondas 3D y confiamos en la imaginación del matemático para “ver” la analogía 3D.

La onda EM ideal es una “onda plana”, que varía solo en su dirección de propagación y se extiende uniformemente hasta el infinito en las otras dos direcciones, de ahí el término “plano”. La única excusa para una idealización tan ridícula es que es extremadamente simple de describir matemáticamente y constituye una base ortonormal muy conveniente para expandir cualquier otra forma de onda.

Las olas no tienen extensión física. Lo que sucede es que la ola es bastante recta, y se espesa y adelgaza a medida que avanza. Los campos E y H tienen una orientación, estos se miden en voltios por metro. Las dos ondas están en ángulo recto, por lo que la intensidad de E verticalmente es la misma que H horizontalmente.

Puede polarizar la luz, tanto directa como circularmente. Esto significa que la dirección de los campos E y H está fijada a través de los fotones o rota. Las gafas Polaroid pueden filtrar la luz que no coincide con el filtro, y si tiene acceso a una o más lentes separadas, puede ver el filtrado.

Visto de cerca, la mayoría de las ondas EM se parecen bastante al siguiente diagrama si sabes cómo interpretarlo:

(Archivo: Electromagneticwave3D.gif – Wikimedia Commons)

No está tratando de ser una imagen 3D de nada, es solo un gráfico de la amplitud del campo E y B en puntos a lo largo del eje Y. No hay cosas puntiagudas reales sobresaliendo de nada; cada flecha es solo una representación de la intensidad de campo en el punto en su base.

Dicho esto, los campos E y B en un punto a lo largo del eje Y son representativos de los campos E y B en cualquier otro punto en todo el plano XZ a través del punto en cuestión . Por lo tanto, debe imaginar cortes XZ con el campo E en todas partes apuntando hacia arriba alternando con cortes con el campo E en todas partes apuntando hacia abajo, todos moviéndose hacia + Y

Parecen ondas de sonido en el aire, que también existen en el espacio 3D. Si puede imaginar los cambios en la presión del aire que se extiende por el aire, también puede imaginar los cambios en la intensidad del campo EM haciendo lo mismo.

Los diagramas para ondas EM en el espacio que puedo encontrar en un simple google no los dibujan como oscilaciones en los límites. ¿Quizás si nos puede mostrar lo que ha estado mirando?

Las ondas EM se parecen a las ondas 3D en el espacio. La forma exacta depende del tipo exacto de onda EM en cuestión.

Por ejemplo, las ondas planas que viajan en la dirección z:

[matemáticas] E (x, y, z, t) = E_0 \ sin (kz – \ omega t + \ phi) [/ matemáticas]

… aquí no he especificado una polarización. Solo necesito especificar el campo eléctrico porque eso determina el campo magnético.

En una dirección arbitraria, wrt los ejes:

[matemáticas] E (\ vec r, t) = E_0 \ sin (\ vec k \ cdot \ vec r – \ omega t + \ phi) [/ matemáticas]