¿Por qué las ondas electromagnéticas son solo transversales?

en ondas sonoras, la transferencia de ondas se produce debido a la vibración física del medio (en un sentido grosero) …

el campo eléctrico y el campo magnético tienen su propia propiedad, ambos deben existir para que una onda EM se propague (aunque en un sentido relativista ambos pueden verse iguales por la transformación del marco, uno puede derivarse de otro)

En un sentido grosero, si piensa cómo se propaga la onda electromagnética en un medio o vacío a granel libre de fuente … (ya que no necesitamos ningún medio para que se propague una onda EM, por lo que las ondas vibratorias no requieren una onda EM ) …

de manera simple, la propagación de la onda EM en el medio / vacío a granel libre de la fuente puede explicarse asumiendo que el campo E crea un campo H (ecuación de maxwell-ampere), este campo H rodeará el campo E, que también es perpendicular a E -Campo, este interno del campo H produce otro campo E, que es perpendicular al campo H según la ecuación de Faraday-maxwell … estos campos E&H se mueven en una dirección en el espacio, que es perpendicular al campo E y H). El campo E puede producir el campo H solo en una dirección perpendicular, que debe obedecer la regla del pulgar de la mano derecha y viceversa.

El campo E en un medio a granel libre de fuente no puede producir un campo H que tenga la misma dirección o cualquier otra dirección que no sea 90 grados (mano derecha) … también debe curvarse entre sí (sin divergencia)

simplemente esta es la propiedad del campo E y H para producir una onda … esto sucede debido a la existencia del término de rizo en la ecuación de maxwells que conecta los campos E y H … esto puede no ser cierto si piensas en términos de electrodinámica cuántica …
(la ecuación de Maxwell moderna no denota ninguna propiedad media, que maxwell real propuso en forma de ecuaciones constituyentes)

depende de la configuración media, existirá un modo EM diferente para satisfacer la ecuación de Maxwell

preguntas simples siempre son difíciles de responder.

En el vacío, el hecho de que las ondas EM sean transversales (es decir, los componentes de campo E y B son perpendiculares a la dirección de propagación) es una restricción fundamental de las ecuaciones de Maxwell. La dirección de propagación de una onda plana se especifica mediante el vector [math] \ vec {k} [/ math] en [math] \ vec {E} (\ vec {r}, t) = \ vec {E_0} e ^ {i (\ vec {k} \ cdot \ vec {r} – \ omega t)}. [/ math] Si conecta esto a la ley de Gauss (sin fuente ya que estamos en el vacío) [math] \ nabla \ cdot \ vec {E} = 0 [/ math], obtienes la relación [math] \ vec {k} \ cdot \ vec {E_0} = 0 [/ math] que esencialmente dice que la dirección de propagación es perpendicular a la E campo vectorial. También puedes hacer esto con el campo magnético.

Las ondas electromagnéticas en el espacio libre son puramente transversales. Puede demostrarlo fácilmente utilizando las ecuaciones de Maxwell.

Las ondas electromagnéticas en una guía de ondas de microondas o en una fibra óptica no son puramente transversales. Ver Waveguide (electromagnetismo) – Wikipedia.

Las ecuaciones de Maxwell también admiten ondas longitudinales, tales ondas se han observado en plasma, se llaman Alvfen Waves, después de Hannes Alvfen, uno de los mejores físicos de plasma.

Ola Alfvén

Ver también onda longitudinal.

Las ondas longitudinales solo pueden ocurrir en la mayor parte de un medio, ¿verdad?
La luz es una ola de campos eléctricos y magnéticos.
Por lo tanto, no puedo pensar en una forma en que estos campos puedan oscilar para emitir ondas longitudinales. ¿Te lo imaginas?