Cuando dos ondas electromagnéticas idénticas se cancelan entre sí, ¿dónde se ha ido la energía?

No se están destruyendo entre sí.

Lanza dos piedras en un estanque inmóvil y observa cómo se extienden las ondas: hay lugares donde se cancelan temporalmente (interferencia destructiva), pero no se detienen cuando eso sucede, se cruzan y continúan.

O imagine dos pulsos afilados del mismo tamaño que se propagan por una cuerda estirada en direcciones opuestas: cuando se cruzan, hay un instante en que la cuerda es perfectamente plana. ¿Eso significa que no está pasando nada allí? No. Si ese fuera el caso, los pulsos no “saldrían del otro lado”. Pero lo hacen, porque en el momento en que la cuerda es “plana”, sus piezas tienen su momento transversal máximo, y eso se convierte en amplitud que se propaga lejos del punto plano.

Lo mismo con los fotones, aunque un poco más difícil de agitar a mano. 🙂

Su energía se reorganiza entre áreas (volúmenes) de interferencia destructiva y constructiva. Por ejemplo, dos haces idénticos en amplitud tienen energías iguales ([matemática] E = E_1 = A_1 ^ 2 = E_2 = A_2 ^ 2 [/ matemática]) en un volumen – si se cancelan entre sí en el volumen, entonces su energía total en ese volumen se pone a cero ([matemática] E_ {total} = (A_1-A_2) ^ 2 = 0 [/ matemática]). En algunos otros volúmenes donde estas ondas se superponen por completo, esta energía total se duplica.

Duplicado? Sí, sus amplitudes están superpuestas ([matemática] A_1 + A_2 = 2A [/ matemática]) y dado que la energía es proporcional a la amplitud al cuadrado ([matemática] E = A ^ 2 [/ matemática]), la energía total se duplicará ([ matemáticas] E_ {total} = (A_1 + A_2) ^ 2 = 4A ^ 2 = 4E = 2 (E_1 + E_2) [/ matemáticas]). En promedio, cuando incluye ambas regiones de interferencia destructiva y constructiva, hay la misma cantidad de energía, solo redistribuida de manera diferente. Sin embargo, este es un ejemplo simplificado.

Observación: aquí [matemática] E [/ matemática] – energía y [matemática] A [/ matemática] – la amplitud generalmente se da y puede aplicarse a varias formas de ondas, con o sin coeficientes de multiplicación.

Creo que la energía no se ha ido a ninguna parte. todavía está allí … el hecho es que el efecto resultante es lo que vemos … por ejemplo … si conoce la interferencia de la luz (fenómenos de superposición de luz de dos fuentes coherentes)

La idea de la interferencia de la luz es demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz y también nos muestra un concepto simple que: la luz agregada a la luz puede dar oscuridad. suena absurdo al principio, pero este es nuevamente un ejemplo en vivo de que las ondas em (aquí ondas de luz) pueden cancelarse entre sí. en este proceso, más bien diría “solo hay una redistribución de la energía de la luz”
déjame elaborar
digamos que dos ondas de luz vienen y se encuentran en un punto.
deje que uno de ellos tenga amplitud – A y el otro tenga amplitud – B
ahora la intensidad máxima en un lugar dado de la resultante de estas dos ondas será
(A + B) ^ 2 (porque la intensidad es directamente proporcional a la amplitud ^ 2)
y la intensidad mínima en cualquier ubicación será (AB) ^ 2.
ahora toma el promedio de esto … será A ^ 2 + B ^ 2.
esto es exactamente igual a la intensidad total de las dos ondas de luz entrantes
Esta es una pequeña prueba del hecho de que HAY UNA REDISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA, SIN MERAS, y sin pérdidas. Espero que puedas entender. salud.

Si literalmente pudieras organizar dos fuentes para cancelar con precisión las ondas de cada una, descubrirías que tus fuentes simplemente se estaban luchando entre sí para sumisión, sin generar una onda neta.

Puedes ver esto olvidando la oscilación e imaginando cómo organizarías dos fuentes de cualquier tipo para generar fuerzas opuestas. El resultado neto es un equilibrio sin fuerza, donde las fuentes se presionan con la misma fuerza.

En situaciones reales que involucran interferencia, parte del patrón de interferencia siempre termina transmitiendo más energía a fuentes adecuadas ubicadas en ese punto, a expensas de las partes que transmiten menos energía.

Cuando imagina situaciones con una cancelación total neta, siempre debe tener en cuenta los efectos de cada onda en la otra fuente.

Si hablamos de ondas en medios materiales, entonces no hay problema … la energía cuando las amplitudes se vuelven cero, se almacena como tensión en el medio, es decir, como energía potencial, y este problema es bien conocido y resuelto hace mucho tiempo usando La teoría de las olas desde los días de Huygens en el siglo XVII. Las ondas y el movimiento oscilatorio en general ocurren debido al cambio periódico de energía de cinética a potencial y su reversa. El problema surge cuando comenzamos a hablar sobre el campo EM en el vacío.

Si hay un medio, es decir, si el vacío es un medio, ¿dónde está este medio? ¿Por qué no podemos detectarlo? Si no hay medio, ¿dónde almacena la energía cuando E, B son ambos cero? al mismo tiempo), como sucede en los ceros de la onda EM dos veces en cada longitud de onda / ciclo. Newton lo resolvió usando corpúsculos … estos viajan en el espacio vacío sin ningún problema … Pero también tienes que resolver el nuevo problema de lo que sucede en los ceros … dónde se esconden estos corpúsculos. También puede resolver el problema asumiendo que no hay onda EM en el espacio intermedio, y todo es el efecto de la acción a distancia … pero entonces, ¿cómo explica el retraso en el tiempo entre la acción en la fuente? y la reacción en el receptor … no es fácil. Por cierto, esta es la base del método de potencial retardado.

La suposición más segura en mi opinión es admitir que el espacio vacío es un medio, incluso si no lo entendemos o no lo detectamos. Tiene una permitividad distinta de cero, una permeabilidad distinta de cero y una impedancia distinta de cero. La onda EM viaja a una velocidad fija en el vacío como en los medios materiales. Tome la velocidad de la onda de sonido en la materia; c = sqrt (módulo masivo de elesticidad / densidad), y si multiplica la fracción (numerador y denominador bajo el signo raíz) por el ‘volumen’ que obtiene; c = sqrt (energía / masa) y cuando cuadras esto obtienes E = mc ^ 2 … recuerda que estamos hablando de sonido … (esto se señaló en una pregunta en Quora recientemente). Además en la muy exitosa teoría de la relatividad, un tensor de ‘estrés’ en el espacio ‘vacío’ es un jugador importante en la teoría. Por cierto, la rigidez del espacio vacío debe ser enorme para soportar las ondas transversales EM.

Nota agregada: esta última declaración (que recuerdo haber leído en alguna parte) aparentemente no es precisa. Rigidez en corte = módulo elástico en corte. La velocidad de las ondas transversales / de corte ‘c’ es como se indicó anteriormente con un módulo de elasticidad volumétrico reemplazado por el de corte. Esto da; G = ρ c ^ 2. A medida que la densidad ‘ρ’ se acerca a cero y ‘c’ se mantiene constante, ‘G’ también se acerca a cero … esto me parece más razonable, pero alguien puede corregirme si está equivocado.

Entonces, cuando E y B son cero por cualquier motivo, la energía se ahorra en el espacio “vacío”, como un mayor estrés de este espacio, muy similar a cualquier otro medio material … y eso es lo mejor que podemos hacer aparentemente. Ver esta referencia (obtuve de una de las respuestas). http://www.physics.princeton.edu …

La teoría de la ‘onda’ es tan brillante y una teoría muy precisa, pero no podemos ponerle un simple atuendo físico, a pesar del hecho de que la teoría en sí misma se ha derivado de experiencias prácticas / empíricas simples, como las de Coulomb, Ampere y leyes de Faraday. Tome estos ejemplos, que muestran que necesita los aspectos de “fuerza” y “energía” de la ola para obtener una comprensión física del comportamiento de la ola;

-El caso de un horno microondas. Está lleno de un campo de radiación, pero si no coloca nada dentro y el horno es ‘súper’ eficiente, no consumirá energía eléctrica. Es por eso que en una de las respuestas a esta pregunta uno sugirió que “la energía puede volver a la fuente” … creo que una mejor explicación es decir que la fuente no da su energía si no hay un “absorbedor” ‘por la energía. Esto no es específico de la radiación. Si sacudo lentamente una esfera cargada (no se produce mucha radiación), no necesito mucha energía para hacerlo. Pero si hay otra esfera cargada cerca que pueda moverse y absorber energía por fricción, por ejemplo, entonces comenzaré a necesitar energía para sacudir mi carga. Pero si esa esfera no puede moverse para absorber la energía, ¡no perderé energía! Esto nos dice que la radiación no es diferente a este simple caso, solo una frecuencia más alta … es una interacción entre fuentes y receptores / absorbedores. En el caso de la radiación al infinito, el receptor / absorbedor es el infinito … todo el espacio si lo desea.

1-En el horno microondas nuevamente. Si pones un pequeño trozo de materia en un nodo … que está en una región de interferencia destructiva, no se calentará … esto creo, muchos lo han notado personalmente … a veces obtienes manchas de los alimentos no afectados por el horno-especialmente alimentos congelados. Si es posible bloquear uno de los rayos que causan la interferencia destructiva, ¡su pieza se calienta de manera uniforme! En términos de campos, la explicación es simple, por supuesto … no hay campo debido a la interferencia destructiva, no se calienta. Físicamente, se puede imaginar una interferencia destructiva similar al caso de dos fuerzas que empujan en los dos lados de un bloque de materia con magnitudes iguales y opuestas. Si el bloque es absolutamente rígido, se transfiere ‘no’ energía. Si el bloque se comprime un poco, comienza a gastar energía y se almacena como una energía potencial o calor en la materia del bloque.

2-Suponga que tiene dos vigas que se cruzan con regiones de campos constructivos y destructivos. Lejos del punto de intersección, obtendrá las dos vigas intactas. Pero si coloca una matriz de pines, por ejemplo, en las regiones destructivas, obtendrá los haces parcialmente bloqueados a medida que se aleja de la intersección. Entonces, a pesar de poner los pines en una zona muerta, los rayos posteriores aún se ven afectados.

3-En la región de interferencia de dos haces en una pantalla, hay un efecto de calentamiento uniforme si alguno de los haces está encendido. Si ambos están encendidos, no obtenemos calor en los puntos muertos y duplicamos el calentamiento en los puntos brillantes. Por lo tanto, hay una extraña redistribución espacial de la energía a pesar de que nada se mueve … ¡lo que no suena físico! Pero una explicación usando fuerzas es sencilla. Dos fuerzas eléctricas opuestas no producen fuerza y ​​dos fuerzas en la misma dirección producen el doble de efecto, con la energía total siendo la misma que se señala claramente en algunas de las otras respuestas a esta pregunta.

Estos ejemplos muestran que las fuerzas, amplitudes y energía de las ondas EM en el espacio vacío (o materia uniforme) existen solo matemáticamente. Se traducen en energía sensible y se hacen visibles solo en presencia del absorbedor … solo un medio material puede sentir las fuerzas y su interferencia en el caso de las ondas EM, y esto puede producir efectos reales y duraderos en los valores de campo. Esto se extiende incluso al caso de producir un par de positrones de electrones a partir de fuertes rayos / ondas gamma, por ejemplo … incluso aquí se necesita un respaldo de material para hacerlo. Por lo tanto, las ondas EM ‘nunca’ se cancelan o incluso se ‘sienten’ entre sí en el espacio vacío y también en medios de material uniformes (lineales).

Todo este problema, concluimos, es mecánico de ondas y no específico de ondas EM. Sucede incluso para ondas de sonido en la materia. Se puede decir que, de hecho, todo está conectado a “cambios” en las propiedades del medio. Como el caso de vacío y materia, o el caso de fluido y sólido o incluso dos fluidos (no mezclados) de diferentes propiedades, como en la reflexión y refracción en la interfaz de dos líquidos estratificados. En las ondas de agua, por ejemplo (como se muestra en una de las respuestas), dos ondas se cruzan sin verse / molestarse, a pesar de que ahora es materia que oscila y transporta la ola. Pero cuando esta onda llega al borde (donde hay un cambio en el medio), la onda se modifica y se absorbe / refleja y, como resultado, podemos tener transferencia de energía en el proceso.

Para que dos ondas EM se cancelen exactamente en todas partes , tendrían que surgir exactamente del mismo punto en el espacio. De lo contrario, hay un cambio de fase entre ellos y algunos lugares se volverán más brillantes y no más oscuros. La luz proviene de fermiones (electrones generalmente). El principio de exclusión de Pauli no permite que dos ondas de luz se originen desde el mismo lugar al mismo tiempo, eso requeriría dos electrones perfectamente ubicados, ¡lo cual es un cuanto no, no! ¡Una vez más, Quantum salva el día y se preserva la energía!

Uno se pregunta a qué se refería realmente. Si se refiere a franjas oscuras como se ve en los patrones de interferencia, como se sospecha, la respuesta es que la energía de las ondas componentes se redistribuye. Es imposible visualizar una onda em cancelando otra.

Imagine una cuerda donde se envían dos ondas desde los dos extremos hacia el otro sacudiendo los extremos en breve dirección. En el medio se encuentran y en un momento la cuerda se ve recta como si las dos olas se cancelaran por completo.

Pero inmediatamente ves que las olas se cruzan libremente y continúan su movimiento. Porque aunque la cuerda estuvo recta por un momento, sus partes todavía se movían en direcciones verticales. Y cada ola es tal movimiento vertical de las partes de la cuerda. Entonces, tal “interferencia destructiva” no mata las olas y no cambia la energía total, la energía se trata del movimiento vertical de la cuerda que todavía está allí. Con dos fotones es básicamente lo mismo.

La energía todavía está allí y sospecho que en realidad es energía negra.

Las olas continúan travesándose como una superposición clásica.

[Esto es más una especulación: además, la fuente y el receptor deben existir en cualquier momento. Tiene que ver con dipolos magnéticos. La idea es que el fotón no vuela en el espacio vacío como una pelota, pero hay una conexión entre el emisor y el receptor. Sin embargo, el receptor no es una partícula de entidad diferente porque todas las partículas también son diversas formas de ondas electromagnéticas.]

Así es como funcionan todas las ondas, incluidas las ondas mecánicas.

Es el último principio de conservación de energía.

PD

De hecho, no puede cancelar las energías porque si cancela la E archivada, duplicará el campo H y viceversa.

Si solo tuviéramos un campo, las energías se habrían cancelado rápidamente.

Además de otras respuestas, en una configuración práctica, simplemente se ha ido en una dirección diferente. Para cancelar la cancelación de dos haces, deben ir en la misma dirección (de lo contrario, los campos eléctricos se cancelarán pero los campos magnéticos no lo harán o viceversa). Entonces, debido a que prácticamente no puede superponer dos fuentes, debe combinar los dos haces con un divisor de haz (utilizado en reversa). Pero un divisor de haz tiene cuatro puertos efectivos, y si logras interferencia destructiva en una de las salidas, habrá interferencia constructiva en la otra.

Es imposible organizar dos fuentes de luz para que se cancelen por completo. Sin embargo, es realmente divertido intentarlo.

Imagina enfocar dos haces de luz en el mismo punto. Si están fuera de fase, se cancelarán, entonces, ¿cómo puede ser esto correcto? En realidad, no puede enfocar un haz de luz a un punto, a menos que tenga lentes de diámetro infinito. Las lentes de tamaño finito no se enfocan en un punto; terminas con un disco Airy que tiene regiones de varias fases que se niegan a cancelar.

Después de probar varios esquemas diferentes y todos fallan, puede sentirse tentado a creer que no se puede hacer. Y efectivamente, con un poco de paciencia, probablemente pueda obtener una prueba general de que no puede deshacerse de la luz al cancelarla. Desaparece en algunos lugares, pero reaparece el doble en otro lugar.

Si cruzas dos haces de luz, se superponen solo en el punto de intersección, localmente. La suma y resta de los campos en el punto de intersección no tiene ningún efecto en el viaje al respecto. Así que no hay problema de violar la ley de conservación.

I usted adujst por ejemplo un intererómetro Mach-Zehnder tal que los dos haces parciales
se cancelan entre sí, cada canal de pérdida recibe más energía. En una configuración limpia, la “paradoja” se puede utilizar para mejorar los interesantes efectos de segundo orden.

Creo que, aunque ciertamente no soy un experto, descubrirías que, si pudieras conseguir que dos transmisores se cancelaran perfectamente entre sí (lo cual es imposible en realidad, pero sigamos con la teoría), los transmisores ejercerían un fuerza repulsiva o atractiva entre sí que los empujaría fuera de fase casi instantáneamente. Si los atornillara con pernos extremadamente apretados a algo extremadamente sólido, aún ejercerían una fuerza entre ellos que provocaría calentamiento y, nuevamente, serían empujados fuera de fase (la precisión requerida sería tan extremadamente alta que cualquier el movimiento o la interferencia causarían que ya no se cancelen perfectamente).

Creo que lo que sucedería sería que los transmisores también recibirían la señal de su gemelo e intentarían forzar una corriente contra la corriente inducida de la señal recibida.

La energía se conserva de esta manera .

Tome un cero y divídalo en +1 y -1.

Esto es creación de energía.

Toma +1 y -1 y mézclalos. Se vuelve cero

Esta es la cancelación de energía como lo pediste.

Para una interpretación detallada de tales matemáticas del Universo, consulte GRANDES PREGUNTAS

Para que la energía no se conserve, no necesitaría oscilación en la interferencia, es decir, cancelada a lo largo de la onda.

Pero entonces esto probablemente incluya el proceso de emisión en sí, incluida la transición de energía que da el fotón (es). Anticipar la cancelación hasta allí significa que realmente no se consumió energía total. Es decir, la energía aún se conserva.

Este es el principio de las antenas direccionales para las comunicaciones por radio. La energía se cancela parcial o completamente en algunas direcciones y se concentra en la deseada. Wikipedia tiene un artículo que detalla varias técnicas:

Antena direccional – Wikipedia

Para lograr interferencia, ambos haces electromagnéticos deben estar desfasados ​​180 grados, la misma amplitud y el mismo plano de polarización, por lo tanto, es probable que tengan la misma fuente más diferentes formas de llegar al punto (para desfasar). Sin obstáculos, la propagación parece radial, pero cada punto excitado debe considerarse una fuente omnidireccional, por lo que si la onda tiene solo un par de “ventanas” para avanzar, ambos haces se interferirán entre sí en ciertos puntos, la energía definitivamente saltará esos puntos que No estará emocionado en absoluto. Las olas del mar son un ejemplo fácil, cuando las olas se cruzan entre sí hay puntos donde el agua no sube ni se mueve en absoluto.

La cantidad relevante es la densidad de energía. Puede organizar las fuentes y la geometría para que la densidad de energía sea cero o cercana a cero en ciertos puntos o en ciertas áreas (“puntos muertos”). Pero como la energía se conserva, esto significa que la densidad de energía será mayor en otros lugares. Dos fuentes de ondas separadas no pueden cancelar las ondas en todas partes.