Viele der Dinge, die Sie schreiben, klingen OK. Aber ich würde nicht sagen, dass die anderen Richtungen in der Grafik bloße Stärken sind, sie geben den tatsächlichen Wert (Stärke/Größe und auch Richtung) der elektrischen und magnetischen Felder an.

Beachten Sie zunächst, dass das elektrische Feld technisch gesehen ein Vektor ist und dass es ein Feld ist, also sollte es einen Vektor haben (möglicherweise Null an jedem Punkt). Jeder Vektor hat einen Kopf und einen Schwanz. Sie können sich die Position des Schwanzes so vorstellen, dass er Ihnen die Stelle anzeigt, an der das Feld einen bestimmten Wert hat. Dann können Sie sich vorstellen, ob der Unterschied zwischen Kopf und Schwanz sowohl die Größe als auch die Richtung des elektrischen Felds an diesem Punkt in einem bestimmten Einheitensystem angibt. Stellen Sie sich also eine Reihe von Pfeilen vor, die alle die gleiche Farbe haben, deren Position Ihnen sagt, wo es Ihnen das Feld sagt und wie die Pfeilspitzen von dort Ihnen den Wert sagen.

Zeichne dann die Magnetfelder in einer anderen Farbe. Und in beiden Fällen kann man nicht an jedem einzelnen Punkt einen Vektor zeichnen, weil es einfach zu viel wäre, sie alle zu sehen.

Für eine ebene Welle, die durch das Vakuum wandert, gibt es eine große Regelmäßigkeit. Wenn sich die Welle in x-Richtung ausbreitet, zeigen die elektrischen und magnetischen Felder alle in die yz-Ebene. Und ihre Werte hängen nur von der Zeit und von x ab, sodass Sie nur eine Längslinie zeichnen können, die Ihnen alle Werte an allen Orten mitteilt. Und da die elektrischen und magnetischen Felder alle in die yz-Ebene zeigen, können Sie sich die yz-Ebene wie die unabhängige Achse eines Graphen vorstellen.

Und für eine klassische ebene Welle, die sich durch ein Vakuum bewegt, sollten in Ihrem Bild die elektrischen und magnetischen Felder zusammen stark sein, und zwar in einer Ebene mit einem festen Wert in Längsrichtung und dann in einer anderen Ebene, die einem anderen festen Wert der Längsrichtung entspricht . Zusammen stark und zusammen schwach und dann wieder stark, aber in die entgegengesetzte Richtung weisend.

Wenn ja, erhalten Sie ein Bild, das dem ersten, das Sie gezeichnet haben, sehr ähnlich ist (obwohl dies nur für das elektrische und das magnetische Feld gilt, eine Welle hat beides). Das ist alles in Ordnung für eine klassische Welle, die durch ein Vakuum wandert.

Für Ihre anderen Fragen sollten Sie sich meiner Meinung nach bestehende Fragen zu den verschiedenen Themen ansehen.

Aus Quantenperspektive ist es viel komplizierter. Aus Quantensicht gibt es kein elektrisches oder magnetisches Feld, es gibt ein Photonenfeld. Wenn Sie eine große Anzahl von Photonen haben, die alle in Phase sind, kann es wie eine elektromagnetische Welle aussehen oder wirken, aber es ist immer noch anders, und wenn Sie eine kleine Anzahl haben oder sie nicht in Phase sind, dann ist es einfach wirklich anders.

Die elektrischen und magnetischen Felder sind klassischerweise Stellvertreter für die Aussage, wie Ladungen interagieren (obwohl sie ihre eigene Energie und ihren eigenen Impuls, Druck und Spannung usw. haben). Und in der Quantenmechanik sind verschiedene Wechselwirkungen möglich, und daher ist das Photonenfeld ein Stellvertreter um zu sagen, wie diese verschiedenen Interaktionen ablaufen.

Da die Ladungen in der Quantenmechanik keinen Ort und Impuls haben, ist es nicht möglich, zu sagen, dass sich ihr Impuls basierend auf dem Feld ändert, in dem sich die Ladung befindet, weil Sie nichts davon haben. Und wenn Sie die Werte des Felds an keiner Stelle überprüfen können, wird es schwierig zu sagen, dass es auf diese Weise vorhanden ist.

Wir stellen die Objekte her, die wir brauchen, um Ergebnisse vorherzusagen, für die Quantenmechanik brauchen wir andere Objekte, weil wir verschiedene Wechselwirkungen vorhersagen. Nur in einigen Grenzen (die nur manchmal gelten) erwarten wir, dass quantenmechanische Effekte beginnen, annähernd wie klassische Effekte auszusehen.

Was einen Querabstand in einem Faraday-Käfig betrifft, der eine Welle stoppt, die sich nur in Längsrichtung ändert, denken Sie daran, dass Sie nur den einfachsten Fall gezeichnet haben, den Fall einer ebenen Welle.

Bei einer ebenen Welle hat die gesamte Ebene parallel zur yz-Ebene das exakt gleiche elektromagnetische Feld. Diese sehr einfache (zu beschreibende) Lösung ermöglicht es der Welle, sich vollständig in x-Richtung zu bewegen, mit der Zeit gleitet jeder Teil der Welle einfach über den neuen Wert in der Entfernung$x=x_0+\Delta x$over ist der alte Wert bei$x_0$eine Zeit$\Delta x/c$früher.

Aber keine echte Welle ist jemals so perfekt. Sie könnten sich statt in einer ebenen Front in einer sphärischen Front ausdehnen. Sie haben möglicherweise eine zentrale Region, in der es stark ist und weiter außen schwächer wird (wie ein Gaußscher Strahl). Manche Leute stellen sogar Strahlen her, in denen sich die Energie und der Impuls entlang eines Kegels ausbreiten, sodass es eine zentrale starke Region gibt, aber wenn Sie ein kleines Objekt platzieren dort wird die Region dahinter noch hell, weil das Licht von weiter außen von einer Basis des Kegels kam, die weiter entfernt von der zentralen Region begann.

Etwa so, als hätten Sie einige Rennfahrer, die sich alle für ein Rennen angestellt hätten, aber stattdessen auf ihren eigenen Spuren liefen, rannten sie auf denselben Punkt zu, der auf dem mittleren Läufer vorne liegt. Der Läufer in der Mitte kommt zuerst dort an, aber wenn Teile der Mitte der Bahn beschädigt werden, werden die Läufer, die später abgefahren sind, schließlich aufschließen, und es spielt keine Rolle, dass die Läufer, die ursprünglich näher an der Mitte waren, betroffen waren.

Eine echte Welle hat also eine kompliziertere Wellenfront. Und in der Tat, wenn Sie versuchen, die Drähte des Faraday-Käfigs zu vermeiden, müssen Sie Ihren Strahl so fokussieren, dass er sich nicht zu weit in die Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung erstreckt. Und das schränkt die Amplitude nicht ein, das heißt, dass die tatsächliche Welle keine in der yz-Ebene ausgebreiteten Feldwerte haben sollte, sie sollte auf einen kleinen Teil der yz-Ebene fokussiert werden.

Stellen Sie sich vor, Sie schießen schmale Strahlen alle auf dasselbe Loch im Faraday-Käfig. Sie müssen sehr genau zielen, jeder Punkt muss "sein x" sehr genau haben, um in dasselbe Loch zu gelangen.

Wenn Sie Ihre anfänglichen Ausbreitungsrichtungen im Allgemeinen auf die Größenordnung der Wellenlänge genau ausrichten, haben Sie die Welle geändert.

Das liegt daran, dass die Ausbreitungsrichtung keine magische Sache ist, die Sie frei einem Punkt zuordnen können. Es hängt davon ab, wie sich das elektromagnetische Feld im Raum verändert hat. Wenn sich Ihr Feld in y- und z-Richtung nicht verändert hat, hat sich das Feld in x-Richtung bewegt. Jetzt versuchen Sie, jede Region dazu zu bringen, etwas anders zu zielen, also versuchen Sie, das elektrische und magnetische Feld hier und da so anzupassen, dass jeder Teil genau richtig zielt.

Wellen neigen dazu, sich auszubreiten, wenn Sie also auf dieses eine Loch zielen, gehen viele in andere Richtungen verloren, und was für ein Loch gut zielt, wird auch nicht auf die anderen Löcher zielen, sodass der Faraday-Käfig erfolgreich ist, fast alle kommenden Felder zu blockieren Vorausgesetzt, der Käfig ist groß genug, um viele viele Löcher zu haben.

Ich denke, dass viele dieser Fragen als separate Fragen gestellt werden können (und wurden).

Was Maxwell ableitete, war von Radiowellen. Radiowellen sind modulierte Photonenstrahlung. Elektronen in einem Antennenstab werden sofort beschleunigt und senden Photonen aus. Die Dichte dieser Photonen verteilt sich im Raum. Detektiert man diese Strahlung mit einem Empfänger, erhält man eine Sinuswellenform. Die Frequenz dieser Welle hat mit der Frequenz des Antennengenerators zu tun und hat nichts mit der Frequenz der einzelnen Photonen in dieser Welle zu tun.

Aber all diese Photonen bilden die elektrische und die magnetische Komponente der Radiowelle. Jedes Photon hat also eine elektrische und eine magnetische Komponente. Einmal emittierte Photonen sind unteilbare Einheiten. Stellen Sie sich Photonen als Blasen vor, die in einem Moment nach links und rechts als magnetischer Dipol und im nächsten Moment nach oben und unten als elektrischer Dipol aufgeblasen werden. Beide Inflationen stehen senkrecht zur Ausbreitung des Photons. Näheres siehe in meiner Arbeit .