Sind elektromagnetische "ebene" Wellen messbar oder nur ein virtuelles Konzept?

Ich finde, dass ebene Wellen mit Lichtkegeln nicht kompatibel sind.

Vielleicht sind ebene Wellen "virtuell" und können in diesem Fall niemals gemessen werden, sollten wir ebene Wellen nicht als "virtuelle ebene Wellen" bezeichnen? (Eine andere Option könnte sein, dass ebene Wellen eine schnellere Ausbreitung der Wellen ermöglichen als c)

Ich möchte diesen Punkt durch diese Frage verdeutlichen.

Wenn ebene Wellen existieren würden (wie messbar), könnte eine höhere Geschwindigkeit als c wie folgt erreicht werden:

Eine Welle, die mit einer Geschwindigkeit c von X nach Y geht, erreicht Z mit einer höheren Geschwindigkeit als c, weil sie gleichzeitig erreicht und eine größere Entfernung zurücklegt.

                   (X).
                    |   
                    v   
                  ________________________________________________  
plane waves       ________________________________________________  
going X to Y      ________________________________________________
                   (Y).                                       (Z).

In einer realen Situation wird die Welle ein Kreis (oder eine Kugel in 3D) sein, also wird sie später Z bekommen, dann ist das keine ebene Welle.

Antworten (4)

Eine "ebene Welle" bezieht sich im Allgemeinen auf eine unendliche und vollkommen flache Wellenfront, die es in der Realität natürlich nicht geben kann. An einer ebenen Welle endlicher Ausdehnung ist jedoch überhaupt nichts unmöglich. Eine solche Welle wird natürlich an ihren Rändern gebeugt, kann sich aber dennoch über große Entfernungen ausbreiten, bevor sie ihre planare Natur verliert.

Das Problem bei Ihrer Frage zur schnelleren Informationsübertragung als Licht besteht darin, dass, wenn X der einzige Punkt wäre, der eine Welle aussendet, es sich um eine Kugelwelle und nicht um eine ebene Welle handeln würde. Eine ebene Welle kann man sich als eine Überlagerung von Kugelwellen vorstellen, die in Phase von jedem Punkt auf einer unendlichen Ebene ausgestrahlt werden. In Ihrem Beispiel würden also Informationen nicht von X bei Z ankommen, sondern von einem anderen Quellpunkt innerhalb der kausalen Vergangenheit von Z. In Ihrem Diagramm könnte sich dieser Punkt auf derselben Höhe wie X befinden, aber direkt über Z.

Die Betrachtung einer Wellenfront (planar oder anders) als Überlagerung von Kugelwellen ist das zentrale Merkmal des Huygens-Fresnel-Prinzips , das eine gute Lektüre zu diesem Thema wäre.

Nur um weiter zu veranschaulichen, wie real eine ebene Welle sein kann, kann jeder gut kollimierte Laserstrahl als eine große Annäherung an eine echte ebene Welle angesehen werden. Eine gute Optik kann planare Wellenfronten erzeugen, die bis auf etwa einen Nanometer genau sind.
@Colin K, Verstanden, teilweise sehe ich immer noch einen Widerspruch, Sie sagten: "Eine ebene Welle kann als Überlagerung von Kugelwellen angesehen werden, die von jedem Punkt auf einer unendlichen Ebene in Phase emittiert werden", dann geben Sie ein Beispiel für "gute Optik", die planare Wellenfronten erzeugt. Die einzige Erklärung, die ich gefunden habe, ist, dass die Wellenfront niemals breiter als der "Kolimator" sein kann, oder? Danke
@HDE: Ja, in Wirklichkeit können Sie keine ebene Welle haben, die größer ist als die Öffnung Ihrer Optik. Diese Welle kann in diesem Fall als Überlagerung von Kugelwellen angesehen werden, die von jedem Punkt auf einer endlichen Ebene ausgesandt werden. Sie sollten sich die Referenz ansehen, die ich gleich in meiner Antwort bearbeiten werde.
@HDE: Außerdem meine ich mit "guter Optik" eine Optik von hoher Qualität. Weniger teure Optiken können einen Strahl kollimieren und ungefähr ebene Wellenfronten ergeben, aber aufgrund von Fehlern in der Form der Linsen sind wahrscheinlich einige signifikante Abweichungen von der perfekten Ebenheit der Wellenfront vorhanden.
@Colin K, gut +1, dann geht aus dieser Antwort hervor, dass eine einzelne Quelle keine planaren Wellen aussenden kann, nur eine räumlich verteilte Quelle, danke
@HDE: Das ist technisch richtig, obwohl sich eine sphärische Welle ausdehnt und einer ebenen Welle immer näher kommt. Das Licht von Sternen kann auf diese Weise als ebene Welle betrachtet werden. Eigentlich wäre es eine kugelförmige Wellenfront, aber mit einem Krümmungsradius von vielen Lichtjahren. Dies ist ein Flugzeug für alle praktischen Zwecke.
@ Colin K, erneut einen letzten Zweifel stellen, wenn Sie einen Kollimator zwischen den Punkten X und Y platzieren und der Kollimator so breit ist wie der Abstand innerhalb von Y und Z, würde dies nicht zu demselben Problem (schneller als c) führen ? vielleicht Kollimator eine Verzögerung einfügen?
@HDE: Nein. Ein Objektiv kann nicht aufleuchten. Vielleicht möchten Sie auf physical.stackexchange.com/q/7043/869 verweisen
@Colin KI hat das nicht gesagt Zentrum" (der YZ-Entfernung) zu arbeiten, und die Paradoxien verschwinden lassen, wenn sich die Quelle nicht in der Mitte des Kollimators befindet, wird sie die Welle nicht glätten
@HDE: Zunächst einmal ist ein Kollimator keine Zauberei. Es ist nur eine Linse mit einer Brennweite gleich dem Krümmungsradius der sphärischen Wellenfront. Es wird die Welle in der Mitte der Linse so verzögern, dass sie die gleiche Laufzeit wie die Welle am Rand hat. Wirklich, die von mir zitierte Frage sollte das abdecken. Ich möchte nicht eine Meile von Kommentaren zu einer Frage erstellen.

Eine ebene Welle e − ich ( k X   −   ω T ) ist ein Fall, in dem die Fourier-Transformation der Welle eine Delta-Funktion des Impulses ist. Die physikalische Realität einer ebenen Welle entspricht dann eher einer mathematischen „Fiktion“. Normalerweise gibt es eine Hüllkurve mit der Welle, wie z. B. ein Gaußsches Paket, das die Welle auf „unendlich“ abschwächt. Die ebene Welle ist jedoch nützlich für Wellen mit bekanntem Impuls oder einer kleinen Streuung oder Unsicherheit Δ k oder Δ P . Außerdem kann man eine ebene Welle als unendliche Summe von Bessel-Funktionen schreiben. Die Welle, die mit einem Loch in einem Sieb interagiert, wählt einige dieser Komponenten nach der Kirchhoffschen Regel aus, und die Welle auf der anderen Seite des Siebs ist eine sphärische Wellenfront.

Der Fragesteller erwägt Punktquellen. Wenn Sie eine ebene Quelle betrachten, werden Sie feststellen, dass sie zumindest in der Nähe der Quelle ebene Wellen erzeugt. Natürlich ist dies alles nur eine Annäherung, aber da alle Experimente Genauigkeitsbeschränkungen haben, ist alles in der Physik eine Annäherung.

Sobald Ihre Quelle X ist, gibt es keine Wellenausbreitung von Y nach Z, wie auch immer die Wellenfront aussieht (kugelförmig, eben usw.).

Zum Thema „Virtualität“:

Eine Welle ist reell , wenn sie von ausreichender Intensität ist, dh aus vielen, vielen Photonen besteht. Dann funktioniert Ihr Detektor bei Y genauso gut wie Ihr Detektor bei Z.

Für eine Welle geringer Intensität ist dies nicht der Fall und die Welle beschreibt die Wahrscheinlichkeitsamplitude . Wenn Sie nur ein Photon darin haben, wird es nur ein Detektor registrieren.

Hallo, die Frage besagt, dass Y und Z das gleiche Signal von X erhalten, aber verzögert, im Falle einer sphärischen Front, und der Punkt ist, dass sie das Signal gleichzeitig empfangen würden , wenn es eine ebene Wellenfront wäre, aber es ist teilweise antwortete in der Antwort von Colin K, wir diskutierten jetzt den Fall eines Kollimators, der eine ebene Welle aus einer nicht ebenen Quelle erzeugt, lesen Sie die Kommentare in der Antwort von Colin K, danke
Bei einer sphärischen Wellenfront empfangen alle Punkte in dieser Front das Signal gleichzeitig, aber das Signal kommt immer von der Quelle.
Natürlich kommt das Signal von der Quelle, die Frage war, ob eine Quelle ebene Wellen erzeugen "könnte" , dann wäre die Zeit für die Reise X-> Y dieselbe wie für X-> Z, so dass die Entfernung unterschiedlich wäre zu einem Paradoxon von mehr als c führen, also verstehe ich bis jetzt, dass es ebene Wellen gibt, aber eine Punktquelle kann sie nicht erzeugen
Sind elektromagnetische "ebene" Wellen messbar oder nur ein virtuelles Konzept?
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