Sabemos que la luz o cualquier otra onda electromagnética puede propagarse a través del vacío, pero ¿sabemos exactamente cómo sucede?

¿No es esta la pregunta fundamental que responde el concepto de dualidad onda-partícula?
Sí, sí, me doy cuenta de que probablemente no sea la respuesta que estás buscando, pero comprender / desarrollar la teoría de los fotones tomó su propio truco mental Jedi (gracias Einstein). El experimento de Michelson-Morley confunde a muchos físicos jóvenes, dado que el resultado dicta que no existe un medio para la transmisión de ondas electromagnéticas, entonces, ¿qué podría transmitir la energía de un punto a otro? En cierto sentido, la respuesta es un fotón. Cuantifica la energía transmitida y explica la transferencia de energía sin necesidad de un medio al considerar los “paquetes” (fotones) de energía de luz cuantificada. La luz transporta energía de una manera explicable por la transmisión de fotones, pero también tiene propiedades de onda, no en otros casos .

Espero que eso ayude.

No hay nada especial en una aspiradora. Un vacío es simplemente un tramo de espacio que tiene una densidad de partículas cero (aproximadamente). También hay un “vacío” entre las pequeñas moléculas de agua que forman el océano. Sin embargo, llamarías a eso un “medio”. Hay un “vacío” entre los protones y los electrones de cada átomo que forman esas moléculas, pero no se separan.

Los campos casi por definición son cosas que existen en el vacío. La propagación de energía a través de un “medio” es una especie de abstracción. Lo que realmente está sucediendo es que cada uno de los átomos del medio se empuja y tira uno del otro (a través del vacío), y vemos variaciones macroscópicas de densidad, altura, etc., y vemos que esas perturbaciones “se propagan” a través del medio porque las partículas se mueven a alguna velocidad finita.

Si la energía no puede propagarse a través del vacío, entonces la energía tampoco podría propagarse a través de un “medio”. La única diferencia es que no percibimos que el vacío se “mueva” en respuesta a esta energía * en la forma en que podríamos ver las olas distorsionando la superficie del océano.

De todos modos, el fotón es el portador de la fuerza electromagnética, y puede entenderse como una onda y también como una partícula, y la onda se propaga automáticamente, sí. Pero parece por sus comentarios que esto es incidental a su pregunta. Un electrón no se propaga automáticamente, pero aún puede viajar a través del vacío sin problema. Solo tiene que darle un giro (o cambiar su marco de referencia). Lo mismo ocurre con un perro, aunque necesitaría un traje espacial para mantenerse con vida. Tanto el perro como el electrón también pueden describirse como ondas.

[* hay ondas gravitacionales que posiblemente mueven un vacío]

Hay una manera de explicar cómo viajan las ondas electromagnéticas a través del vacío sin invocar la dualidad onda-partícula, observando los campos involucrados.

Maxwell y sus ecuaciones nos dicen que un cambio en un campo eléctrico crea un campo magnético, y un cambio en un campo magnético crea un campo eléctrico. Entonces, cuando tenemos, por ejemplo, una carga oscilante, eso creará un campo magnético que varía con su velocidad:


Perdone mis gráficos de pecado / cos ligeramente pobres, pero eso es lo que estoy tratando de representar. Sin embargo, ese campo magnético variable nos da un campo eléctrico variable. Nuevamente, donde el campo magnético varía más es donde el campo eléctrico es más fuerte:


(Debería notar que este es un gráfico bastante similar).

Pero este campo eléctrico variable crea otro campo magnético variable. De hecho, lo que ves es lo siguiente:

Los campos se propagan unos de otros, creando esto, que es su onda electromagnética. La energía se transporta en los campos de interacción, que es cómo se transfiere. Como los campos no requieren medio, la ola que surge de ellos tampoco.

Vale la pena señalar que las magnitudes no están a escala aquí; los campos magnéticos son siempre masivamente menos fuertes que los campos eléctricos, pero esto es solo para fines ilustrativos.