Ist es richtig zu sagen, dass elektromagnetische Wellen kein Medium benötigen?

Im klassischen Elektromagnetismus haben die elektrischen und magnetischen Felder an jedem Punkt der Raumzeit einen Wert, sobald Sie einen Referenzrahmen ausgewählt haben. Die zeitliche Entwicklung dieser Felder gehorcht den Maxwellschen Gleichungen. Das ist ungefähr alles, was es zu diesem Thema zu sagen gibt; Ich bezweifle, dass weiteres Philosophieren Sie weiterbringen wird.

Sie können sagen "es gibt ein Medium" oder "es gibt kein Medium", und es ändert nichts, es sei denn, Sie geben nähere Einzelheiten darüber, was das bedeutet. Es klingt für mich so, als wollten Sie sagen "es gibt ein Medium", aber die gesamte Physik wird immer noch genau dieselbe sein wie für Leute, die sagen "es gibt kein Medium". In diesem Fall ist es ein strittiger Punkt. Mystisches undefiniertes Medium hin oder her, Radioteleskope funktionieren genauso. Andererseits machte der Äther, wie er im späten 19. Jahrhundert konzipiert wurde, konkrete Vorhersagen über Dinge wie Experimente mit Interferenzen, und diese Vorhersagen waren falsch.

Sie können modernere Physik als den klassischen Elektromagnetismus betrachten und EM-Strahlung entweder in der allgemeinen Relativitätstheorie oder als Quantenphänomen betrachten. Wenn Sie dies tun, finden Sie vielleicht eine Analogie, die Sie ansprechender finden. Aber letztlich ist die Physik eine mathematische Beschreibung der Natur, keine bestimmte, anthropomorphe Interpretation. Wenn die Wirkung im Vergleich zur Planckschen Konstante groß ist und wenn die Abstände im Vergleich zum Bohr-Radius geteilt durch die Feinstrukturkonstante groß sind, funktioniert der klassische Elektromagnetismus wirklich gut, und ich sehe keine Notwendigkeit, zusätzliche Konzepte einzuführen. Wenn es Ihnen ein besseres Gefühl gibt, die Existenz elektromagnetischer Felder als "ein Medium zu sein" zu beschreiben, dann sei es so. Zum einen kann ich darauf verzichten.

Was umgangssprachlich als „leerer Raum“ bezeichnet wird, ist nicht wirklich leer – er ist gefüllt mit dem elektromagnetischen Feld und dem Gravitationsfeld; es wird nur deshalb leer genannt, weil es keine Materiefelder (ungleich Null) enthält.

Das Elektromagnetische ist das Medium, das elektromagnetische Wellen trägt, wie das Luftdichtefeld (umgangssprachlich nur „Luft“ genannt) Schallwellen trägt und das Wasserdichtefeld (umgangssprachlich nur „Wasser“ genannt) Wasserwellen trägt.

In der Tat sind elektromagnetische Wellen nichts anderes als sich ausbreitende hochfrequente Schwingungen in den elektrischen Feldern, genauso wie sich Schallwellen durch hochfrequente Schwingungen im Druckfeld der Luft (oder eines anderen mechanischen Mediums) ausbreiten, und Wasserwellen es tun Ausbreitung niederfrequenter Schwingungen im Massendichtefeld von Wasser.

Unter Verwendung der Maxwell-Gleichungen kann gezeigt werden, dass Elektrizität und Magnetismus irgendwie in der Lage sein sollten, Wellenverhalten zu besitzen. Es sagt sogar die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen voraus (und sollte daher natürlich zu einem Medium führen, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten können, oder nicht?), was eine konstante Zahl ist. Aber genau das ist das Problem! In Bezug auf welchen Bezugsrahmen ist diese Geschwindigkeit eine Konstante? (Der Ausdruck für die Lichtgeschwindigkeit enthält nur die Permittivität und die Permeabilität des Raums, die beide Konstanten sind).

Ok, was passiert, wenn wir ein Medium annehmen?

Wenn wir davon ausgehen, dass das Medium ('Äther') ein Trägheitsbezugssystem ist, geraten wir sofort in Schwierigkeiten, weil unser Ausdruck eine konstante Geschwindigkeit vorhersagt. Theoretisch ist die Lichtgeschwindigkeit ('C') eine Konstante, ebenso wie im Experiment (versuchen Sie, C in Labors zu messen, die sich gleichzeitig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, Sie werden immer den gleichen Wert für C erhalten). Wenn wir weiterhin an die Existenz von Äther glauben, müssen wir also davon ausgehen, dass Äther in Bezug auf unser Labor irgendwie immer in Ruhe ist, egal wie schnell er sich bewegt, was völlig unfair ist! Ist Äther also ein nicht-trägheitsbezogener Bezugsrahmen? NEIN! Messen Sie C in einem Inertialsystem, es bleibt immer konstant!

Wenn wir also weiterhin von der Existenz eines solchen Mediums ausgehen, müssen wir zugeben, dass es weder als Inertialsystem noch als nicht-inertiales Referenzsystem betrachtet werden kann. Etwas, von dem wir angenommen haben, dass es falsch sein muss!