¿El vacío absorbe las ondas electromagnéticas?

Question

Dado que el índice de refracción del vacío es real, esto es muy poco probable. Sin embargo, parece que sí sigue la absorción por unidad de volumen definida en términos del vector Poynting:

\begin{equation} \text{Absorption} = -0.5 \nabla\cdot\vec{S}. \end{equation}

Utilizando $E = E_0\cos(k_yy-\omega t)\hat{z}$ y $H = (E_0/\eta)\cos(k_yy-\omega t)\hat{x}$ se deduce que el vector de Poynting es:

\begin{equation} \vec{S} = \vec{E} \times \vec{H} = (E_0^2/\eta)\cos^2(k_yy-\omega t)\hat{y}, \end{equation}

lo que lleva a la expresión de absorción

\begin{equation} \text{Absorption} = -(k_yE_0^2/\eta)\sin(\omega t-k_yy)\cos(\omega t -k_yy), \end{equation}

que obviamente es distinto de cero para el vacío. La media de la absorción, sin embargo, es cero. ¿Es correcta esta expresión y, si lo es, cuál es su interpretación física?

Gracias por adelantado, Ian

Answer 1

La divergencia del vector de Poynting es una medida de la velocidad a la que la energía llega o sale de una región determinada. Cuando una onda plana sinusoidal se propaga a lo largo del $y$ eje, las crestas de las olas bañan cualquier punto, llegando y partiendo. Esto no significa que se esté absorbiendo energía. La absorción se produciría si la media temporal de la divergencia fuera distinta de cero.