Was ist der experimentelle Beweis dafür, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist?

Eine sehr einfache Wikipedia-Suche gibt Ihnen viele Antworten:

Elektromagnetische Theorie als Erklärung für alle Arten von sichtbarem Licht und alle EM-Strahlung : Lichtpolarisation dreht sich in einem Magnetfeld (Faraday-Rotation), dh Licht ist verbunden und reagiert auf Magnetismus. Maxwells Argumentation ist natürlich kein experimenteller Beweis, es ist eine Theorie, aber alle ihre Vorhersagen stimmen sehr gut mit den Eigenschaften des Lichts überein. Maxwell wusste von der Faraday-Rotation und seine Vorhersage elektromagnetischer Wellen sah die Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit, also vermutete er nur, dass sie gleich sein sollten.

Heute gibt es viel mehr Dinge, die Ihnen explizit sagen, dass Licht elektromagnetisch sein muss: Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung können nur durch die Quantenelektrodynamik erklärt werden und die Trägerteilchen sind Photonen, die Quantisierungen des elektromagnetischen Feldes. Da wir Atome sehen können, die sichtbares Licht aussenden (einige von ihnen), muss dies elektromagnetisch sein (siehe zB LEDs).

Wie wäre es mit der Tatsache, dass Sie eine Thomson-Streuung von Licht an freien Elektronen erhalten können, die unabhängig von der Wellenfrequenz ist? Die Elektronen müssen beschleunigt werden, was elektromagnetische Felder impliziert. Dies würde durch Experimente zum Nachweis der Thomson-Streuung von Protonen bestätigt, die eine Streuleistung zeigen würden, die um einen Faktor geringer ist$(m_e/m_p)^2$wie von der Lorentzkraft erwartet.

Ich muss zugeben, dass ich keine veröffentlichten Studien kenne, aber es klingt einfach genug, also hätte man es tun sollen.

Auch die Abhängigkeit der "Hauttiefe" und der von der elektrischen Leitfähigkeit abhängigen Durchlässigkeit dünner Metallfolien scheinen elektromagnetische Felder ziemlich direkt zu implizieren. Ebenso die Absorption von Radiowellen oder Mikrowellen, die zu einer Wechsel-EMK in einem Leiter führt.

Die Wellennatur des Lichts ist aus jedem Experiment ersichtlich, das Beugung oder Interferenz beinhaltet.

Youngs Doppelspaltexperiment ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Licht als Welle gezeigt werden kann.

Das Experiment beinhaltet das Abfeuern eines einzelnen Lichtstrahls auf zwei Schlitze, wodurch effektiv zwei Lichtstrahlen erzeugt werden, die sich aufgrund von Beugung (einer anderen Welleneigenschaft) nach außen ausbreiten. Diese beiden gebeugten Strahlen kreuzen sich und verursachen Interferenzen, wo sich die unterschiedlichen Spitzen und Täler in den Wellen gegenseitig neutralisieren. Trifft das Licht auf eine Fläche, ist dies als gestrichelte Linie zu erkennen. Ich ermutige Sie, sich damit zu beschäftigen, und es ist ein Experiment, das Sie zu Hause mit einem Laserpointer und einem Haar durchführen können.

http://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment

Die Tatsache, dass Marconis Maschine funktionierte! Es beruht auf der elektrischen Feldkomponente, um die Elektronen in einem langen Draht zu beeinflussen, den wir heute die Antenne nennen .

Auf optischer Ebene haben wir moderne Geräte: nichtlineare Materialien in optischen Fasern, Wakefield-Teilchenbeschleuniger und Metamaterialien, die Licht wie vorgesehen beugen.

Das E-Feld und das B-Feld sind sehr real und wirken wie alle anderen elektrischen und magnetischen Felder in der erwarteten Größenordnung. Kurz gesagt, es wurde direkt beobachtet, wie die Maxwell-Gleichungen implizieren, dass es passieren würde.

Es gibt einen sehr guten Artikel darüber, wie Maxwells Ideen (einschließlich der Idee, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist, die er tatsächlich von Faraday übernahm, der sie anscheinend zuerst vermutet hatte) experimentell verifiziert wurden: https://spectrum.ieee.org/ technologiegeschichte/beginn der elektronik/der-lange-weg-zu-maxwells-gleichungen

Es war tatsächlich Heaviside, der die Maxwellschen Gleichungen in ihre endgültige Form gebracht hatte, und es war Heinrich Hertz , der den ersten gründlichen experimentellen Beweis lieferte:

Hertz verwendete Funken in solchen Schleifen [aus Draht eines Kondensators], um unsichtbare Hochfrequenzwellen zu erkennen. Anschließend führte er Experimente durch, um zu bestätigen, dass elektromagnetische Wellen ein lichtähnliches Verhalten in Bezug auf Reflexion, Brechung, Beugung und Polarisation aufweisen. Er führte eine Vielzahl von Experimenten sowohl im freien Raum als auch entlang von Drähten durch. Er formte ein meterlanges Prisma aus Asphalt, das für Radiowellen durchlässig war, und benutzte es, um Reflexionen und Brechungen in relativ großem Maßstab zu beobachten. Er schickte Radiowellen auf ein Gitter aus parallelen Drähten und zeigte, dass sie das Gitter je nach Ausrichtung des Gitters reflektieren oder durchdringen würden. Dies zeigte, dass elektromagnetische Wellen transversal sind: Sie schwingen, genau wie Licht, in einer Richtung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung.

Mit diesen Daten – zusammen mit der Frequenz der Strahlung, die er durch Messung der Kapazität und Induktivität seiner schaltungsartigen Sendeantenne berechnete – konnte Hertz die Geschwindigkeit seiner unsichtbaren Wellen berechnen, die der für sichtbares Licht bekannten ziemlich nahe kam.

Heinrich Hertz nutzte die Spule (links) und die Antennen (rechts), um elektromagnetische Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs zu erzeugen und zu detektieren.

Maxwell hatte postuliert, dass Licht eine elektromagnetische Welle sei. Hertz zeigte, dass es wahrscheinlich ein ganzes Universum unsichtbarer elektromagnetischer Wellen gibt, die sich genauso verhalten wie sichtbares Licht und sich mit der gleichen Geschwindigkeit durch den Raum bewegen. Diese Offenbarung reichte für viele aus, um zu akzeptieren, dass Licht selbst eine elektromagnetische Welle ist.

Beachten Sie, dass die Offenbarung durch Schlussfolgerung interpretiert wurde. Indem man also zeigt, dass sich elektromagnetische Wellen in jeder messbaren Weise wie Licht verhalten, schließt man, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist.

Eine andere Idee, die ich hatte, um zu zeigen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist, wäre die Verwendung einer stärkeren (und gut gekühlten) Antenne (ein Stab, in dem Elektronen beschleunigt werden können) als Hertz. Die elektromagnetischen Wellen in der Antenne haben die Frequenz, in der sich die Elektronen im Inneren auf und ab bewegen. Würde man also die Frequenz immer weiter erhöhen (durch Anlegen starker Wechselspannungen mit immer höherer Frequenz), müsste man diese Strahlungen schließlich in Form von Licht sehen (als Manifestation der Schwingungen von Elektronen, die elektromagnetische Wellen sind).