Descargo de responsabilidad:
Esta es una pregunta bastante complicada y, hasta donde yo sé, los principales teóricos todavía están debatiendo sobre la verdadera naturaleza no solo de la fuerza electromagnética, sino también de las fuerzas fuertes, débiles y gravitacionales.
Dicho esto, creo que puedo ayudarlo a obtener cierta intuición sobre el tema.
- ¿Cuál es la causa de la inducción electromagnética o el efecto magnético de la corriente?
- ¿Cómo se puede llamar a la luz una 'onda' si el concepto de onda está separado del concepto de partícula?
- ¿Pueden estar presentes los campos electromagnéticos donde no hay cargas eléctricas?
- ¿Puede una persona sentir la onda de choque de un dispositivo EMP?
- ¿Pueden los empastes dentales causar un trastorno en el campo electromagnético?
Antecedentes:
En primer lugar, me gustaría decir que las ondas y los campos electromagnéticos son construcciones que los físicos han desarrollado para describir ciertos fenómenos observables. De hecho, la visión de la interacción de partículas cargadas mediada por ondas electromagnéticas se aplica solo a la física “clásica” y se descompone en el régimen cuántico. Una interpretación diferente, tal como fue promovida por grandes físicos como Richard Feynman, es la teoría de la electrodinámica cuántica (QED). QED explica la interacción de partículas cargadas como mediadas por la transferencia de fotones. En esta interpretación, la aceleración de la partícula cargada “perturba” la energía del estado fundamental no nulo del campo de fotones omnipresente a su alrededor y, por lo tanto, promueve un fotón desde el mencionado estado fundamental a un estado de energía superior; esencialmente llevando ese fotón a la “existencia”. Esta descripción del mundo es similar pero drásticamente diferente de la descripción clásica que Abhimanyu Batra había descrito. Sin embargo, si el agente mediador es una partícula o una ola o incluso algo completamente diferente es una discusión para otro día.
¿Cómo se generan las ondas electromagnéticas?
Una vez más, me gustaría reiterar que la construcción de onda electromagnética es simplemente nuestra mejor interpretación de los fenómenos observables. El fenómeno observado es la interacción de dos partículas cargadas separadas por cierta distancia. Si las dos partículas tienen la misma carga, entonces se repelen y atraen si son diferentes. Yendo un paso más allá, los experimentadores en el pasado notaron que las partículas cargadas no solo interactúan entre sí de esta manera única, ¡la magnitud (fuerza) de esta interacción no fue constante! De hecho, por extraño que parezca, se descubrió experimentalmente que la fuerza de la interacción disminuyó a medida que el cuadrado inverso de la distancia entre las cargas. Wow, ahora no es eso algo! En un esfuerzo por describir la fuerza que “siente” una partícula cargada (llamémosla nuestra carga de prueba) cuando está cerca de un número arbitrario de otras partículas cargadas, los humanos inventamos una construcción matemática conocida como “campo”. Específicamente, un campo electromagnético (sé que algunos de ustedes podrían decir que las partículas cargadas crean un campo eléctrico … no un campo electromagnético. Sin embargo, los campos eléctricos y magnéticos son lados diferentes de la misma moneda; dependiendo del marco de referencia. Como tal, Continuaré refiriéndome al campo generado como un campo electromagnético). Cada partícula cargada crea un campo a su alrededor (que se extiende hasta el infinito) que aplica fuerza a cualquier otra partícula cargada. Cuando muchas partículas cargadas están cerca unas de otras, los campos de cada una se suman linealmente para crear el campo electromagnético total en esa área. Con la herramienta de campos electromagnéticos podemos abstraer la orientación específica del grupo de partículas cargadas que afectan nuestra carga de prueba. Ahora, siempre que conozcamos el campo electromagnético en cualquier región del espacio, podemos calcular la fuerza que experimenta nuestra carga de prueba en ese lugar (por supuesto, esto es solo mientras la introducción de dicha carga de prueba no tenga un impacto significativo en la orientación / ubicación de las otras partículas cargadas). ¡Excelente! Ahora entendemos los conceptos básicos de la electrostática. Para resumir: las partículas cargadas crean campos a su alrededor y los campos luego aplican fuerza sobre otras partículas cargadas.
Ahora imagine si su mundo consta solo de dos partículas cargadas. A través de campos electromagnéticos y sus ecuaciones correspondientes, ahora podemos calcular la fuerza experimentada por cada uno debido al otro. ¿Qué pasa si uno se mueve? Bueno, si imagina el campo electromagnético alrededor de las dos partículas como un diagrama de contorno, puede dibujar líneas de contorno de amplitud de campo constante. Estos se conocen como “líneas de campo”. Cuando se acelera una carga, las líneas de campo se mueven. Este movimiento (similar a lo que sucedería si ataras una cuerda a una puerta y sacudieras un lado) se propagará en el espacio y pronto alcanzará otra partícula. En un sentido MUY ingenuo (sin mencionar una interpretación estrictamente clásica), esto puede considerarse como la onda electromagnética generada por la carga en movimiento.
Un rápido aparte:
Puede imaginar que se necesita una cantidad de tiempo finita (aunque sea muy pequeña) para que el movimiento de una carga interrumpa las líneas de campo y para que el movimiento en las líneas de campo viaje a la carga “estacionaria”. Curiosamente, la velocidad de esta propagación es exactamente la velocidad de la luz. Puede pensar en la carga móvil como información de “transmisión” y la carga estacionaria como “recepción”. Dado que la carga estacionaria no se mueve hasta (distancia entre cargas) / (velocidad de la luz) más tarde, decimos que esa información no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Ordenado.
¿Qué pasó con el éter luminífero?
Como todos sabemos por nuestro mundo físico macroscópico / clásico de resortes, slinkies y cuerdas, una vibración que quiere viajar necesita un medio a través del cual viajar. Este medio puede ser cualquier cosa, desde aire hasta metal en una cuerda de guitarra. Pero ALGO necesita estar allí, ¿verdad? Cuando se observó por primera vez la radiación electromagnética, muchas personas teorizaron la existencia de un éter luminífero a través del cual se propaga la radiación electromagnética. Muchos científicos idearon una miríada de experimentos para detectar este éter, pero ninguno ha tenido éxito hasta la fecha. La teoría electromagnética moderna no requiere que exista un medio para que se propaguen las ondas electromagnéticas. Sin embargo, eso no quiere decir que las ondas electromagnéticas no se comporten de manera diferente en los diferentes tipos de medios. Para obtener más información sobre este tema, le sugiero que lea Ingeniería electromagnética avanzada de Constantine Balanis.
TL; DR:
Algunos científicos en el pasado vieron que cuando una partícula cargada se mueve, las partículas cargadas cercanas también se moverán poco tiempo después. Los científicos posteriores idearon construcciones matemáticas para describir esta interacción. Una de esas interpretaciones es que la partícula cargada emite una onda electromagnética que viaja a la otra partícula para moverla.
