¿Forma detallada de las ondas de luz en el vacío y cómo comprobarlo experimentalmente?

Question

Consideremos una onda de luz en el vacío.

• Haga el $\vec{B}$ y $\vec{E}$ ¿los campos tienen que ser ortogonales entre sí? Como se pueden añadir constantes a una solución de Ecuación de Maxwell no parece necesario desde la teoría.

• ¿Cómo se puede medir si el $\vec{B}$ y $\vec{E}$ -¿los vectores de una onda luminosa son perpendiculares?

• ¿Debe ser una ola de avión? ¿Cómo determinarlo por medio de mediciones?

• Debe $\vec{E}$ y $\vec{B}$ ¿está en fase? ¿Cómo comprobarlo experimentalmente?

Editar:

Una parte de mi pregunta está cubierta en ¿La dirección de propagación de la luz natural es perpendicular a la dirección del campo eléctrico y magnético que constituye la luz natural? pero esa pregunta está cerrada y las respuestas no ayudan. Sin embargo, mi pregunta es más sobre el experimento que la teoría, por lo que es una pregunta diferente.

Answer 1

Haga el $\vec{B}$ y $\vec{E}$ ¿los campos tienen que ser ortogonales entre sí?

En realidad no, porque no son realmente dos campos diferentes. La representación de dos ondas ortogonales no es realista. Véase la sección 11.10 del libro de Jackson Electrodinámica clásica : "se debe hablar propiamente del campo electromagnético Fμν en lugar de E o B por separado" . Ver también Wikipedia : "los campos eléctricos y magnéticos se consideran mejor como dos partes de un todo mayor" .

Como se pueden añadir constantes a una solución de la ecuación de Maxwell no parece necesario desde la teoría.

De acuerdo.

¿Cómo se puede medir si el $\vec{B}$ y $\vec{E}$ ¿los vectores de una onda luminosa son perpendiculares?

En realidad no hay dos variaciones de campo vectorial diferentes y perpendiculares. Sólo hay una electromagnético variación de campo.

Debe $\vec{E}$ y $\vec{B}$ ¿está en fase?

Sí. Ver el Derivación de la teoría electromagnética sección del artículo de la Wikipedia sobre la radiación electromagnética:

"Además, los campos lejanos E y B en el espacio libre, que como soluciones de onda dependen principalmente de estas dos ecuaciones de Maxwell, están en fase entre sí. Esto está garantizado ya que la solución de onda genérica es de primer orden tanto en el espacio como en el tiempo, y el operador de rizo en un lado de estas ecuaciones resulta en derivadas espaciales de primer orden de la solución de onda, mientras que la derivada temporal en el otro lado de las ecuaciones, que da el otro campo, es de primer orden en el tiempo, lo que resulta en el mismo desplazamiento de fase para ambos campos en cada operación matemática."

Es como si E fuera la derivada espacial de la onda electromagnética, mientras que B es la derivada temporal. Para entenderlo, imagina que estás en el mar en una canoa y llega un tsunami. A medida que se acerca, la canoa comienza a inclinarse hacia arriba, primero lentamente y luego más rápido. A continuación, la pendiente comienza a aplanarse y tu canoa se encuentra momentáneamente en posición horizontal sobre la parte superior del tsunami, y luego el proceso se invierte, algo así:

La pendiente de su canoa denota E, y la tasa de cambio de la pendiente denota B. Una es la derivada espacial, la otra es la derivada temporal. Por eso tenemos Ley de Faraday $\vec \nabla \times \vec E = - \frac{\partial \vec B}{\partial t}$ . Lo crucial es apreciar que el rizo de E es la tasa de cambio de B. Una no causa la otra, sólo son dos aspectos de la misma cosa. Para una onda electromagnética, E y B cambian juntos porque sólo hay una onda. Como dije, la representación de dos ondas ortogonales no es realista.

_{Imagen por cortesía de <a href="https://mathematica.stackexchange.com/questions/1987/how-do-i-plot-a-plane-em-wave"> matemáticas</a>}