Dado que una onda electromagnética puede conducir una cantidad arbitrariamente grande de cargas puntuales, ¿por qué no transporta una cantidad infinita de energía?

La respuesta existente es incorrecta: no hay ninguna razón para invocar la mecánica cuántica aquí. De hecho, uno puede manejar una cantidad arbitrariamente grande de cargos. La cuantización no excluye esta posibilidad. Pero, las oscilaciones se vuelven cada vez menos a medida que agregamos más cargas puntuales (y, por lo tanto, las cargas puntuales tienen energía cada vez más baja), de modo que terminamos conservando energía.

Esencialmente, esta pregunta es por qué una onda electromagnética no hará una cantidad infinita de trabajo en un número infinito de cargas puntuales. No reproduciré los cálculos reales aquí, pero describiré cualitativamente lo que sucede.

El trabajo realizado por la onda en cualquier carga puntual dada es proporcional al cuadrado de la velocidad en que la onda comienza a moverse. Primero, considere las cargas puntuales que se encuentran “aguas abajo” desde donde la onda encuentra las primeras cargas puntuales. La onda golpea las cargas del primer punto y las hace oscilar. Uno puede calcular los cálculos y ver que estas cargas oscilantes producen sus propias ondas electromagnéticas, y estas ondas cancelan efectivamente la onda fuente original. Por lo tanto, las cargas puntuales “aguas abajo” están efectivamente protegidas del primer grupo de cargas.

Ahora, ¿qué pasa con los cargos que no se encuentran “aguas abajo”? A medida que agregamos más cargas, su densidad debe aumentar. Pero este aumento en la densidad limita su capacidad de oscilar cuando es golpeado por la onda fuente debido a su repulsión mutua.

Con todo, a medida que el número de cargas puntuales se aproxima al infinito, el trabajo promedio realizado en cualquier carga dada por la onda se acerca a cero. Por lo tanto, lo que encontramos es que el trabajo total realizado en todas las cargas se aproxima a una constante a medida que el número de cargas se aproxima al infinito, y este trabajo total es igual a la energía total de la onda fuente.

No. Digamos que tengo un electrón que me gustaría mover, y observe cómo reaccionan un montón de electrones en la habitación. Tienes razón en que no importa cuántos electrones haya en ese grupo al otro lado de la habitación, TODOS reaccionarán cuando mueva mi electrón (una vez que la onda EM los haya alcanzado, por supuesto). Sin embargo, lo que estás descuidando es que esos electrones en el grupo también tienen un efecto sobre el que tengo en la mano. Mientras más hay por allí, más difícil es para mí mover el mío. Si hubiera un número infinito de ellos, necesitaría una cantidad infinita de energía para mover la mía.

Bueno, no, no puede conducir ningún número de cargos. Se puede modelar de esa manera en la mayoría de los casos porque seguramente se ve como una onda continua, compuesta de tantos fotones.

Si piensas en la onda como fotones, son un número finito de ellos y cada uno transporta energía proporcional a la frecuencia.