Cada vez que un objeto se acelera, acelera junto con sus electrones y protones constituyentes, los cuales, al ser partículas cargadas, deben generar su propio conjunto de ondas EM porque son aceleradas. Sin embargo, en el mundo real no vemos ondas EM visibles (como las detectables). Una forma de explicar esto es que las ondas EM producidas por el núcleo positivo y el electrón negativo se anulan mutuamente. Esta explicación parece (francamente) poco convincente y poco creíble. ¿Hay alguna razón mejor para esto, o las ondas son demasiado pequeñas para ser detectadas?
Respuestas
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Mira J. J. Thomson y Edward Purcell's hermosa explicación de la radiación por carga acelerada (resumida a continuación). La aceleración provoca un "pliegue" entre dos electrostática distribuciones de campo que se desplazan hacia el exterior en .
Ahora bien, si tienes una carga que se anula casi encima de otra de signo contrario, el campo dipolar resultante cae de forma mucho más rápida que , es decir como . Los campos electrostáticos de las cargas opuestas y vecinas se anulan realmente de esta manera. Calcula la distribución estática de un dipolo y compruébalo tú mismo.
Pero si hay un campo estático mucho más bajo, entonces se deduce, a través del argumento de Thomson/Purcell, que el campo de radiación -el pliegue- tiene que ser también mucho más pequeño si las cargas opuestas se aceleran juntas, para que sus separaciones no cambien.
Resumen del razonamiento de Thomson / Purcell
J. J. Thomson nos dio esta descripción maravillosamente elegante: imaginamos una carga estacionaria, cuya distribución de líneas de campo eléctrico de equilibrio son las líneas radiales fuera de los círculos en esta imagen.
Ahora la carga comienza a moverse uniformemente de forma repentina, haciendo que su distribución de líneas de campo en estado estacionario se parezca al campo dentro de los círculos de la imagen anterior. Pero los cambios en el campo sólo pueden propagarse hacia el exterior a una velocidad máxima de (relatividad especial), y como las líneas de campo no pueden romperse (ya que no hay carga en el diagrama aparte de la acelerada, y la ley de Gauss nos dice que las líneas sólo pueden terminar en una carga), debemos tener una configuración como la del diagrama en la que hay una región de transición entre los dos círculos en la que el campo E se dobla de forma no radial para unir las dos configuraciones de estado estacionario. Esta curvatura hacia el exterior es la radiación.
Edward Purcell utiliza esta visualización para derivar el Fórmula de la radiación de Larmor .
Ver:
Me gustaría agradecer al usuario Ján Lalinský que me haya señalado un error en mi historia: siempre he pensado que fue Purcell quien inventó la visualización de la curva viajera en el campo, pero en realidad fue Thomson. Purcell utilizó la visualización en la derivación de la fórmula de Larmor.
mmesser314
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Es una pena que esa explicación parezca poco convincente o increíble. Es correcta para objetos con igual número de cargas positivas y negativas.
En el caso de los objetos cargados, otra razón es que las aceleraciones son demasiado pequeñas y lentas. La frecuencia de la luz visible es de 430 a 770 THz ( https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum ) Habría que hacer vibrar el objeto tan rápido para generar luz visible.
Cuando Maxwell se dio cuenta por primera vez de que la luz era una onda electromagnética, allá por el siglo XIX, se quedó perplejo. Esto fue antes de que se conociera la estructura atómica de la materia. Los objetos calientes brillan, lo que significa que algo vibra así de rápido cuando se calienta. Pero no podía imaginar qué era.
