Im freien Raum, Und , es gibt also keine elektromagnetischen Quellen/Senken. Die Maxwell-Gleichungen reduzieren sich somit auf:
Angenommen, ich schreibe eine einfache Simulation, um das elektromagnetische Feld im freien Raum zu visualisieren. Ich habe gesehen, wie Leute über Wellen gesprochen haben, die sich im freien Raum ausbreiten, und ich weiß, dass es keine elektromagnetischen Wellen gibt, die aus dem Nichts entstehen – es wird normalerweise angenommen, dass solche elektromagnetischen Wellen, die sich im freien Raum ausbreiten, ebene Wellen sind, die ihren Ursprung in einer Ladung haben Quelle extrem weit entfernt.
Wenn ich jedoch die "Oszillation" tatsächlich im EM-Feld implementiere, woher kommt diese Oszillation - praktisch aus Codierungssicht? Verdrahten Sie zB einfach eine sinusförmige Quelle an der Stelle, an der Sie das EM-Feld untersuchen möchten?
Und wenn sich solche "magischen" Wellen nicht im freien Raum ausbreiten würden, würde das EM-Feld dann einfach glatt bleiben, ohne Schwingungen, Vibrationen, Sinuskurven usw.? Mit anderen Worten, können Sie ein vollständig stationäres elektromagnetisches Feld haben, oder würden die letzten beiden der obigen Maxwell-Gleichungen solche stationären EM-Felder verhindern? Aber was würde dann im freien Raum die anfängliche Änderung des elektrischen oder magnetischen Felds bewirken, um die Schwingungen in Gang zu bringen?
Um es noch einmal auszudrücken: Angenommen, ich habe eine Simulation geschrieben, die die 4 obigen Maxwell-Gleichungen enthält (freier Raum). Wäre das EM-Feld für alle Zeiten stationär, und eine sich ausbreitende Welle würde nur erscheinen, wenn ich beispielsweise das elektrische Feld stören würde, das eine endlose Schleife der Curl-Gleichungen aktivierte? Wenn also die Anfangswerte von E und B in meiner Simulation beide 0 wären, würden sie für alle Zeit 0 bleiben. Aber wenn einer oder beide Anfangswerte von E und B ungleich Null wären, würden die Curl-Gleichungen "aktiviert" und zu einer endlosen Schwingungsschleife führen?
Ich denke, die Antwort ist einfach: „Ja“.
Was Sie beachten sollten, ist die Energieerhaltung: Solange keine Quellen vorhanden sind, bleibt die Gesamtenergie des elektromagnetischen Feldes erhalten.
Aber was würde dann im freien Raum die anfängliche Änderung des elektrischen oder magnetischen Felds bewirken, um die Schwingungen in Gang zu bringen?
Eine Quelle, die möglicherweise irgendwo lokalisiert und nicht unbedingt immer ungleich Null ist.
Die Frage "Was bewirkt, dass sich elektromagnetische Wellen im freien Raum ausbreiten?" ist im Wesentlichen dasselbe wie die Frage, warum es elektromagnetische Wellen gibt. Warum existieren Elektronen überhaupt oder warum existiert überhaupt etwas? Anstatt in die Philosophie abzuschweifen, konzentrieren wir uns auf die Physik. Wir sollten uns daran erinnern, wie tiefgründig das Konzept eines Feldes ist. Dieses Konzept stammt von Michael Faraday. Ein Feld ordnet jedem Punkt im Raum eine Zahl oder einen Tensor zu. Mit anderen Worten, ein Feld ist eine Eigenschaft des Raums selbst. Wenn ein Feld den kleinstmöglichen Wert hat, nennen wir es ein Vakuum. Leerer Raum ist nicht Nichts. „Leerer“ Raum hat Struktur. In der Tat sehr reiche Struktur. Bei elektromagnetischen Feldern wird diese Struktur durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben. Eine elektromagnetische Welle ist buchstäblich eine Eigenschaft des Raums (mit Zeitabhängigkeit). Nehmen wir an, die Felder des Elektromagnetismus seien gestört. Eine Störung könnte beispielsweise dadurch verursacht werden, dass ein Elektron mit einem Atom kollidiert. Die Felder (genauer gesagt ein einzelnes Feld namens ) hat eine genaue Antwort auf dieses Ereignis. Eine Störung des Feldes breitet sich vom Ort des Ereignisses mit Lichtgeschwindigkeit nach außen aus. Die Störung wird durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben. Mit anderen Worten, der Raum selbst hat eine Struktur, die wir als elektromagnetische Welle wahrnehmen. Sobald die elektromagnetische Welle erzeugt ist, sind keine Quellen mehr erforderlich.
Dies ist mehr oder weniger eine vereinfachte Sichtweise der modernen Physik. Alle Elementarteilchen sind quantisierte Anregungen verschiedener Felder. Das Elektron ist eine quantisierte Anregung des Elektronenfeldes. Ein Quark ist eine quantisierte Anregung eines Quarkfeldes und so weiter für alle anderen Teilchen. Unterschiedliche Felder entsprechen unterschiedlichen Raumeigenschaften. Alle Materie, Energie und fundamentalen Kräfte sind buchstäblich Eigenschaften des Raumes selbst. Die gesamte physische Existenz leitet sich vom Raum ab. Felder sind in der Tat tiefgründig!
Neugierig