¿De dónde proviene la frecuencia de la onda?

Question

Estoy tratando de entender de dónde vienen las oscilaciones en las ondas electromagnéticas. Por ejemplo, si tomara una cuerda de guitarra y la hiciera sonar, produciría un cierto sonido basado en la cantidad de vibraciones por segundo. Esa cantidad de vibraciones sería la suma de los movimientos de la cuerda por cantidad de tiempo, por ejemplo, hay una oscilación que ocurre muchas veces hasta que la cuerda se queda sin energía.

Cuando veo la luz visible, debe ser lo mismo, algo está vibrando y todas las oscilaciones deben ser la suma de 'algo' de uno.
¿Qué está produciendo esa única oscilación?

Answer 1

Lo que está "vibrando" es el campo electromagnético, específicamente sus vectores $\vec E$ y $\vec B$. Las animaciones aquí muestran precisamente esto.

Por supuesto, no es que algunas partículas vibren en este caso. La onda electromagnética puede existir sin importar la materia en absoluto; todo lo que necesita es el campo, que está presente en todas partes.

Sin embargo, si tenemos algunas cargas alrededor, pueden hacer que vibren y produzcan la onda electromagnética. Después de que la onda es producida, las cargas pueden ser removidas — la onda es una entidad auto-sostenible.

Al comienzo de la electrodinámica había un modelo de éter luminífero, que asumía que había algún medio en el cual las ondas electromagnéticas se propagaban como ondas mecánicas. Pero este modelo tenía problemas serios, lo que llevó al desarrollo de la teoría de la relatividad especial.

Answer 2

Para la radiación de baja frecuencia, es bastante simple: hay algún circuito electrónico que funciona (caso simple) de manera análoga a un diapasón, pero en lugar de acumular tensión mecánica, carga un condensador y en lugar de la inercia en los brazos del diapasón tiene un campo magnético en un solenoide. Puedes medir el voltaje en función del tiempo, contar las oscilaciones en un segundo y conocer tu frecuencia en Hertzios.

Para la luz visible, esta explicación ya no funciona del todo, pero aún así es algo así como vibraciones, ¡a escala atómica! Estos sistemas deben describirse en estados cuánticos y hay algo que si un estado tiene energía $E$, entonces puedes asignarle una frecuencia $\nu = E/h$, donde $h$ es la constante de Planck. Esta frecuencia no se puede observar directamente, pero lo que puedes observar es, para una superposición cuántica de dos estados con energías diferentes $E_1, E_2$, que el sistema "se mueve" con una frecuencia $\Delta\nu = \tfrac{E_1 - E_2}{h}$. Y esa frecuencia de movimiento es la frecuencia de la luz emitida por una transición del estado 1 al estado 2.

(Por supuesto, esta explicación no refleja exactamente cómo funciona la mecánica cuántica, es solo una imagen muy aproximada.)