Was passiert mit der Energie, wenn sich Wellen perfekt aufheben?

Was passiert mit der Energie, wenn sich Wellen perfekt aufheben (destruktive Interferenz)? Es scheint, dass die Energie "verschwindet", aber das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass sie nicht zerstört werden kann. Meine Vermutung ist, dass die kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt wird. Oder vielleicht hängt es vom Kontext der Wellen ab, wohin die Energie geht? Kann mir das jemand näher erläutern oder mich korrigieren, wenn ich falsch liege?

Genau besprochen von MIT youtu.be/SnNmbVH5DAM gegen 25:00 Uhr
Die Energie ist immer als potentielle Energie im Medium gespeichert. Luft und Wasser sind elastisch, das EM-Feld speichert Energie, aber wir können es nicht direkt beobachten. Die Überlagerung von Wasserwellen ist leicht zu beobachten.

Antworten (14)

Wellen reisen immer. Auch stehende Wellen können immer als zwei Wanderwellen interpretiert werden, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen (mehr dazu weiter unten).

Unter Berücksichtigung der Idee, dass sich Wellen fortbewegen müssen, passiert Folgendes, wenn Sie einen Weg finden, eine Region zu bauen, in der sich die Energie einer solchen sich bewegenden Welle vollständig aufhebt: Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass Sie einen Spiegel geschaffen haben , und dass die fehlende Energie einfach von der von Ihnen erstellten Region abprallt.

Beispiele sind Opale, Pfauenfedern und gewöhnliche Lichtspiegel. Die ersten beiden reflektieren bestimmte Lichtfrequenzen, weil sich wiederholende interne Strukturen physische Regionen schaffen, in denen diese Lichtfrequenz nicht wandern kann – das heißt, eine Region, in der eine nahezu vollständige Energieauslöschung auftritt. Ein optischer Spiegel verwendet Elektronen an der Spitze ihrer Fermi-Meere, um Licht über einen viel breiteren Frequenzbereich auszulöschen. In allen drei Beispielen prallt das Licht von der Region ab, wobei nur ein kleiner Teil seiner Energie absorbiert (in Wärme umgewandelt) wird.

Ein Springseil (oder vielleicht ein Gartenschlauch) ist ein zugänglicheres Beispiel. Legen Sie zuerst das Seil oder den Schlauch entlang seiner Länge aus und bewegen Sie es dann schnell und scharf im Uhrzeigersinn. Sie erhalten eine spiralförmige Welle, die sich wie ein sich bewegender Korkenzieher schnell von Ihnen wegbewegt. Keine stehende Welle, das!

Du hast eine Freundin ans andere Ende gesteckt, aber sie will nicht, dass deine Welle sie trifft. Was macht sie also? Zuerst versucht sie, dir auch eine Welle im Uhrzeigersinn zu schicken, aber das scheint nach hinten loszugehen. Ihre Welle scheint härter und schneller zu treffen. Also versucht sie es stattdessen mit einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn. Das scheint deutlich besser zu funktionieren. Es stoppt den Vorwärtsfortschritt der Welle, die Sie auf sie losgelassen haben, und wandelt sie stattdessen in eine Schleife um. Diese Schleife hat immer noch viel Energie, aber zumindest bleibt sie jetzt an einem Ort. Es ist eine stehende Welle geworden, in diesem Fall eine klassische Springseilschlaufe, oder vielleicht zwei oder mehr Schlaufen, wenn Sie gut im Springseil sind.

Was passiert ist, ist, dass sie eine abbrechende Bewegung verwendet hat, um zu verhindern, dass Ihre Welle sie trifft. Aber merkwürdigerweise erzeugte ihre aufhebende Bewegung auch eine Welle, eine, die in die entgegengesetzte Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) verdreht ist und sich auf Sie zubewegt, genau wie sich Ihre Welle im Uhrzeigersinn auf sie zu bewegte. Wie sich herausstellt, hebt die Bewegung, die Sie bereits ausführen, auch ihre Welle auf und schickt sie direkt zu ihr zurück. Die Welle ist jetzt zwischen Ihren beiden Abbruchaktionen gefangen. Die Summe der beiden Wellen, die jetzt sinusförmig statt spiralförmig aussieht, hat die gleiche Energie wie Ihre beiden einzelnen spiralförmigen Wellen zusammengenommen.

Ich sollte anmerken, dass Sie wirklich nur eine Person brauchen, die die Welle antreibt, da jeder ausreichend solide Anker für ein Ende des Seils auch verhindert, dass die Welle in sie eindringt, und diese Welle am Ende so reflektiert, wie es Ihr Freund mit einem aktiveren getan hat sich nähern. Physikalische Medien wie Pfauenmerkmale und Fermi-Meer-Elektronen verwenden ebenfalls einen passiven Reflexionsansatz, mit dem gleichen Ergebnis: Der Energie wird durch Auslöschung der Eintritt in einen Bereich des Raums verwehrt.

Obwohl dies keineswegs eine vollständige Erklärung ist, hoffe ich, dass es ein gewisses „Gefühl“ dafür vermittelt, was vollständige Energieauslöschung wirklich bedeutet: Es geht mehr darum, Wellen fernzuhalten . Die Aufhebung als die Kunst des Baus von Wellenspiegeln zu betrachten, bietet eine andere und weniger paradox klingende Perspektive auf eine Vielzahl von Phänomenen, die Wellen verändern, aufheben oder umleiten.

Antireflexbeschichtungen (ARC) auf Solarzellen wirken, indem sie destruktive Interferenz zwischen teilweise reflektierten Wellen von der Luft-ARC-Grenzfläche und der ARC-Solarzellen-Grenzfläche erleichtern. Es ist allgemein bekannt, dass es in diesem Szenario eine minimale Reflexion und eine maximale Transmission durch den ARC gibt. Destruktive Interferenz transportiert also keine Energie. Quantenmechanisch ist die EM-Welle die Wellenfunktion für Photonen. Photonen transportieren tatsächlich Energie. Also destruktive Interferenz => keine Wellen => keine Photonen => keine Energie. Ist es angemessen, destruktive Interferenz bei mechanischen Wellen und EM-Wellen zu vergleichen?
Ah ja? Nur quantisiert.
@TerryBollinger, aber Ihre Antwort beruht im Wesentlichen auf der Tatsache, dass sich die beiden Wellen nicht in dieselbe Richtung bewegen und daher jede Stornierung nur sofort erfolgt und für die Energieeinsparung nicht relevant ist. Unter der Annahme, dass Wellen ohne Energieverlust perfekt reflektiert werden können, betrachten Sie das folgende Szenario: Angenommen, wir haben 2 Lichtquellen mit gleicher Frequenz, die direkt aufeinander gerichtet sind, nennen Sie diese Linie l horizontal, und lassen Sie P eine Ebene sein, die l enthält, und betrachten Sie a perfekt reflektierendes Quadrat (oder Würfel) S, enthalten in P, orientiert 45 Grad zu l und schneidet l auf 2 benachbarten
Seiten von S, so dass die 2 Lichtquellen senkrecht (in dieselbe Richtung) reflektiert werden, schieben Sie nun das Quadrat S senkrecht zu l, so dass l l in einem einzigen Punkt p \in l schneidet. Jetzt haben wir eine Möglichkeit, 2 Wellen zu "kombinieren", die nicht in die gleiche Richtung gehen, und wir können p so wählen, dass die beiden Wellen "genau" nicht synchron sind und sich perfekt aufheben. Natürlich spricht dies nicht Quanten @TerryBollinger an (sorry, Stackexchange erlaubt aus irgendeinem Grund keine langen Kommentare.
Sie müssen sich daran erinnern, dass Energie die Fähigkeit ist, Arbeit zu verrichten. Arbeit verursacht eine Verschiebung entlang eines Vektors. Wenn Welle A eine genau entgegengesetzte Verschiebung zu Welle B verursacht, heben sich die Wellen vollständig auf (sie bilden keine stehende Welle!). Das liegt nicht daran, dass Energie verloren gegangen wäre. Es liegt daran, dass Sie negative und positive Energie kombiniert haben, um Nullenergie zu erzeugen. Die Energieerhaltung wird nicht verletzt, weil -1 + 1 = 0. Gleichgewichte verletzen nicht die Gesetze der Physik ...
Alle physikalisch realen Wellen stellen Beschleunigungen oder reale Massen oder Variationen realer Felder dar und haben daher alle positive Energie. Achten Sie darauf, nicht bequeme mathematische Abstraktionen mit den tatsächlichen Energieflüssen in der physikalischen Welt zu verwechseln, die für die klassische Physik immer positiv sind.
Die spezifische Situation, die mich zu dieser Frage geführt hat, war die Art und Weise, wie Daten von CDs gelesen werden ( hier schön beschrieben ). Das System verwendet destruktive Interferenz zwischen dem vom Laser emittierten Licht und dem von der Disc-Oberfläche reflektierten Licht, um "dunkle Flecken" zu erzeugen, wobei weniger Energie zurückkommt als abgegeben wurde. Es in Begriffen von Vektoren zu denken, deren Summe Null ergibt, half dabei, einen Sinn zu erkennen.
Eine monochromatische elektromagnetische Welle wird durch einen Vektor beschrieben, der ihre Wellenzahl und Ausbreitungsrichtung sowie 2 weitere Zahlen angibt: Amplitude und Phase für beide Polarisationen. Um eine negative Interferenz zwischen zwei Wellen zu haben, müssen alle genau übereinstimmen, mit Ausnahme der Phase, die um pi verschoben werden muss. Wenn die anderen Mengen nicht übereinstimmen, haben Sie KEINE vollständige Stornierung. Keines der Beispiele in dieser Antwort ist für die Frage relevant, da sie keine vollständige negative Interferenz erzeugen.

Wir haben das vor einiger Zeit an der Universität behandelt ...

Zunächst einmal nehme ich an, dass Sie globale Auslöschung meinen, da sonst die Energie, die an der ausgelöschten Stelle fehlt, einfach das ist, was zu konstruktiven Interferenzpunkten hinzugefügt wird: Energieerhaltung ist nur global .


Die Sache ist, wenn sich mehrere Wellen global aufheben , gibt es eigentlich nur zwei mögliche Erklärungen:

  • Eine (oder mehrere) der Quellen ist eigentlich ein Abfluss und wandelt Wellenenergie in eine andere Energieform um (z. B. was auch immer verwendet wird, um die Wellen in Quellen zu erzeugen, wie Elektrizität, und auch, wie Anna sagte , sehr oft Wärme).
  • Sie rechnen mit Teilen einer mathematischen Erweiterung, die nur gültig sind, wenn sie mit einer Gewichtsfunktion oder -verteilung gefaltet werden. Zum Beispiel existieren ebene Wellen physikalisch nicht (aber wenn sie in der Fourier-Transformation verwendet werden, sind sie immer noch sehr nützlich), weil ihre Gesamtenergie unendlich ist
Das OP fragte weder nach einem Abfluss noch nach einer Flugzeugwelle. Sie können zwei Wellenpakete um pi phasenverschoben haben, und Sie leiten die beiden Wellenpakete in dieselbe Region, sodass sie sich aufheben. Dies liegt in der Praxis vor, zB der Laserstrahl in den LIGO-Kavitäten, zwei Strahlen werden kombiniert, um eine negative Interferenz zu haben.
@bkocsis OP fragte nach Wellen , die sich gegenseitig perfekt aufheben, nicht nur an einigen Orten. Partielle/lokale negative Interferenzen sind natürlich durchaus möglich.

Nur für den Fall, dass jemand (z. B. Student) an der einfachen Antwort für mechanische Wellen interessiert wäre:

FALL 1 (globale Auslöschung): Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Scheitelpuls, der sich nach rechts bewegt, und einen gleich großen Talpuls, der sich nach links bewegt. Für einen Moment "heben sie sich auf", dh es gibt überhaupt keine Nettoverschiebung, weil sich zwei entgegengesetzte Verschiebungen aufheben. Geschwindigkeiten summieren sich jedoch und sind doppelt so groß, was bedeutet, dass die gesamte Energie in diesem Moment in kinetischer Energie gespeichert ist.

Eine lehrreiche und entgegengesetzte Situation tritt auf, wenn sich Scheitelimpulse treffen. Für einen Moment summieren sich Verschiebungen und sind doppelt so groß, was bedeutet, dass die gesamte Energie in diesem Moment in potenzieller Energie gespeichert ist, während sich Geschwindigkeiten andererseits aufheben.

Da die Wellengleichung eine lineare Differentialgleichung ist , können Sie verschiedene Wellen überlagern ψ 12 = ψ 1 + ψ 2 . Infolgedessen bewegen sich nach dem Treffen beider Spitzenimpulse oder Paare von Spitzen-/Talimpulsen weiter, als ob nichts passiert wäre.

Es ist aufschlussreich, dass Sie Geschwindigkeiten getrennt von Amplituden hinzufügen können, z ψ ˙ 12 = t ( ψ 1 + ψ 2 ) = ψ ˙ 1 + ψ ˙ 2 . Selbst wenn sich die Amplituden zu einem bestimmten Zeitpunkt aufheben ( ψ 1 + ψ 2 = 0 ), Geschwindigkeiten nicht ( ψ ˙ 1 + ψ ˙ 2 0 ).

Es ist so, als ob Sie sehen, dass sich der Oszillator zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Gleichgewichtsposition befindet. Das bedeutet nicht, dass es nicht oszilliert, da es immer noch Geschwindigkeit besitzen könnte.

Wenn wir das oben Geschriebene verallgemeinern: In jeder Welle tauschen Sie zwei Arten von Energie aus: kinetisch vs. potentiell, magnetisch vs. elektrisch. Du kannst solche zwei Wellen machen, dass eine der Energien sich aufhebt, aber die andere Energie doppelt so groß wird .

FALL 2 (lokale Auslöschung): Bei räumlicher Interferenz zweier Dauerwellen gibt es Bereiche destruktiver und Bereiche konstruktiver Interferenz. Energie ist nicht mehr gleichmäßig im Raum verteilt, sondern entspricht im Mittel der Summe der Energien zweier Wellen. Betrachtet man beispielsweise stehende Wellen, gibt es an den Knoten der stehenden Wellen keine Energie, während die Energie an den Kämmen viermal so hoch ist wie die Energie einer Welle - was im Raumdurchschnitt die doppelte Energie einer Welle ergibt.

Weitere ingenieurähnliche Erklärungen finden Sie hier:

http://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1891

youtu.be/SnNmbVH5DAM diskutiert es genau.

Vielleicht lässt sich die Frage einfach durch die Beobachtung beantworten, dass eine Welle wie

Ψ ( x , t ) = EIN cos ( x ) EIN cos ( x + ω   t ) ,

wobei sich die beiden Kosinusse zu periodischen Zeiten aufheben

t n = 2 π ω n         Ψ ( x , t n ) = 0 ,
hat immer noch nicht verschwindende kinetische Energie, wenn es so aussieht
E = μ ( Ψ x μ ) 2 +   . . .

Sie müssten wirklich ein Beispiel konstruieren.


Da nicht-dissipative Wellen, deren Bewegungsgleichungen von einem Lagrange formuliert werden können, wie Sie sagen, eine Energie haben, müssten Sie eine Situation / Theorie ohne Energiegröße finden. Die Energie bezieht sich auf die Welle durch ihre Beziehung zur Bewegungsgleichung. Wenn also die Energie aufgrund der Zeitsymmetrie als konstant definiert ist und Sie so etwas nicht haben, dann gibt es keine Frage.

Machen Sie auch nicht den Fehler und sprechen Sie von zwei verschiedenen Wellen mit unterschiedlicher Energie. Wenn Sie ein lineares Problem haben, wird die Welle im Energieausdruck "eine Welle" sein, wo immer ihre Teile herumwandern mögen.


Bearbeiten: Siehe auch die anderen Antworten für eine Diskussion über eine physischere Lesart der Frage.

Ich denke, ein guter Weg, sich dieser Frage zu nähern, ist ein Mach-Zehnder-Interferometer :Mach-Zehnder-Interferometer

Die Feldlandung auf Detektor 1 ist die Interferenz zwischen zwei Wellen, eine vom unteren Pfad und eine vom oberen Pfad. Nehmen wir an, das Feld in jedem Arm ist ein kollimierter Strahl aus kohärentem Licht, gut angenähert als ebene Welle, und das Interferometer ist gut ausgerichtet, sodass sich die beiden Ausgänge fast perfekt überlappen. Indem wir die Dicke der Probe ändern, können wir die relative Phase zwischen den beiden Wellen ändern und unsere Interferenz von destruktiv (weniger Energie auf Detektor 1) zu konstruktiv (mehr Energie auf Detektor 1) ändern. Woher kam diese Energie? Wenn die Strahlen gut aufeinander abgestimmt sind, kann diese Interferenz sogar vollständig destruktiv sein, und Detektor 1 registriert ein Nullsignal. Wo geht die Energie hin?

Die kurze Antwort lautet: Detektor 2 . Die auf die beiden Detektoren auftreffende Gesamtenergie ist konstant, da Sie die durch die Probe verursachte Phasenverschiebung variieren. Konstruktive Interferenz an Detektor 1 geht Hand in Hand mit destruktiver Interferenz an Detektor 2.

Wenn Sie nur den einen oder anderen Detektor betrachten, scheint es, als würde Energie durch Interferenz erzeugt oder zerstört, aber wie in anderen Antworten erwähnt, müssen wir das gesamte System berücksichtigen.

Wenn Sie eine negative Interferenz haben, haben Sie keinen Energiefluss mehr, den Detektor 2 empfangen kann.
Ich bin mir nicht sicher, ob dein Kommentar Sinn macht, @bkocsis. Können Sie versuchen, sich klarer auszudrücken?
Wenn es keine Probe gibt oder wenn auch eine Probe mit der gleichen Dicke aufgelegt RBwürde, würden dann nicht beide Detektoren die gleiche Interferenz registrieren, sei sie konstruktiv oder destruktiv?

Ich hatte diese Antwort für eine Frage vorbereitet, die dupliziert wurde, also kommt sie hier, weil ich ein lehrreiches MIT-Video gefunden habe. (der zweite Link) Diese Antwort gilt hauptsächlich für elektromagnetische Wellen

Schauen Sie sich dieses Video an, um eine Intuition zu bekommen, wie Interferenz Photon für Photon in einem Zweispaltexperiment auftritt.

Es kommt daher, dass die Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Photonen, wie sie auf dem Bildschirm angesammelt sind, destruktive und konstruktive Muster aufweist, die von der zugrunde liegenden quantenmechanischen Lösung von "Photon + zwei Schlitze" bestimmt werden.

Die klassische elektromagnetische Welle entsteht aus einer großen Fülle von Photonen, die Phasen haben und so, dass sie die elektrischen und magnetischen Felder aufbauen. Das nu im E=h*nu des Photons ist die Frequenz der elektromagnetischen Welle, die aus dem Zusammenfluss der einzelnen Photonen entsteht. Um ein Interferenzmuster zu erhalten, müssen die Photonen wie in den Laserexperimenten mit einem Schirm oder etwas Materie reagieren.

Der Grund, warum Materie für Lichtinterferenzphänomene benötigt wird, liegt an der sehr kleinen elektromagnetischen Kopplungskonstante. Photon-Photon-Wechselwirkungen aufgrund von 1/137 haben am Ende eine Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung in der Größenordnung von ~10^-8. In Bezug auf Photon-Elektron-Wechselwirkungen, die in erster Ordnung ~ 10 ^ -2 sind (und die Hauptinteraktion zwischen Photon und Materie sind), gibt es 6 Größenordnungen. Zwei Laserstrahlen, die sich kreuzen, gehen praktisch ohne messbare Wechselwirkung durcheinander ( Interferenzmuster können vorhanden sein , aber es handelt sich nicht um Photon-Photon-Wechselwirkungen, sondern um quantenmechanische Überlagerungen). (Denken Sie daran, wenn Sie die letzte Frage am Ende des nächsten Videos erreichen.)

Dieses MIT-Video ist lehrreich und ein echtes Experiment, das zeigt, dass es bei der destruktiven Interferenz, die mit Interferometern eingerichtet ist, einen Rückstrahl gibt, zurück zur Quelle, soweit es um klassische elektromagnetische Wellen geht. Die Energie wird also ausgeglichen, indem sie zur Quelle zurückkehrt.

Was passiert auf der Photonenebene? Wenn der Laser Photonen nacheinander aussendet wie im Video mit zwei Schlitzen? Ich werde per Hand winken, da es kein entsprechendes Video zum Zeigen gibt:

Die quantenmechanische Lösung mit den komplizierten Randwerten des Interferometers erlaubt die elastische Streuung (nicht klein, so erhalten wir Reflexionen) von Photonen auch zurück zur Quelle. Sie können im Video sehen, dass es immer einen Strahl gibt, der zurück zur Quelle geht, dieser Strahl wird von einzelnen Photonen getragen, die elastisch rückwärts durch das System der Optik des Interferometers gestreut werden. Bei der totalen destruktiven Interferenz wird die gesamte Energie zurückreflektiert (abzüglich eines Teils aufgrund von Absorption und Streuung in der Materie des optischen Systems).

Im Wesentlichen ist dieses Experiment eine klare Demonstration, dass sich das System Laser-optische Bank in einem kohärenten quantenmechanischen Zustand befindet, wobei die zurückkehrenden Photonen sich dem Ensemble von Photonen innerhalb der Laseraktion anschließen, was auch zu erzeugende Reflexionen beinhaltet.

In diesem Video trägt der erste Strahl die Informationen der Phasen, sodass sich im Weltraum Interferenzmuster bilden, wenn ein Bildschirm oder eine andere Materie dazwischenkommt. Die Energie des letzten Strahls, nachdem er das Interferometersystem verlassen hat und auf den Schirm fällt, wird entsprechend dem Muster der Interferenz neu verteilt. Die Energiemenge, die der Strahl dorthin transportiert, hängt davon ab, welcher Energieanteil es schafft, das Interferometer/Laser-System zu verlassen, dh ob die gesamte Energie zum Laser zurückgeführt wird (destruktive Interferenz) oder ein Teil davon aus dem Laser austritt Lasersystem, um auf den Schirm aufzutreffen.

Bei Wellen in Materie, wie Schallwellen oder Wasserwellen:

Im Falle einer destruktiven Interferenz zweier Schallwellen steigt die Temperatur des Mediums und es wird Energie gespart, da sie sich in inkohärente kinetische Energie der Moleküle des Mediums umwandelt.

Für zwei Wasserwellen gilt das gleiche.

Dieses Problem mit klassischen Gleichungen zu erklären, ist einfach, bekannt und gut verständlich. Die Feldwerte werden bei destruktiver Interferenz Null und es gibt keine Energie als Ergebnis – Punkt. Die QM-Erklärung ist ebenso einfach. Die Wahrscheinlichkeit, dort ein Photon zu finden, ist Null und es sind keine weiteren Diskussionen erforderlich. Wo liegt also das Problem, und es liegt eindeutig in der Logik – der Länge und Anzahl der Antworten nach zu urteilen.

Wir müssen zuerst erkennen, dass Strahlung etwas Besonderes ist.. es ist das Vordringen eines Kraftfeldes im Vakuum – aber als ob dieses Vakuum ein Medium wäre und wir nichts sehen oder fühlen können. Dieses Medium ist homogen, hat konstante Eigenschaften der Permeabilität, Permittivität und sogar einen elektrischen Widerstand von 376,73 Ohm. Dadurch hat es eine konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit, und die Geschwindigkeit ist wie in der Materie gegeben durch; die Quadratwurzel des Verhältnisses von Bulk-Elastizitätsmodul dividiert durch die Dichte (erhalten Sie dies, indem Sie die beiden Seiten von E=mc^2 durch das Volumen dividieren. B=E/V und ρ=m/V).

Wenn wir uns mit Wellen in einem materiellen Medium beschäftigen, stellen wir fest, dass wir keine Energie übertragen können, ohne dass eine Senke vorhanden ist, die diese Energie absorbiert. Dies ist die Grundlage der Newman-Feynman-Absorbertheorie. Sie können jederzeit im ganzen Raum eine Kraft aufbauen – mit oder ohne Absorber, aber keine Energie. Materie, die in einem intensiven Strahlungsfeld an Punkten völliger Dunkelheit sitzt, steht also unter starkem Stress, erhält aber keine Energie. Energie ist Kraft mal Weg und Materie muss sich bewegen, um Energie zu absorbieren. Wenn Sie also einen perfekten Mikrowellenherd haben, verbrauchen Sie keine elektrische Energie dafür, wenn er leer läuft – obwohl er voller intensiver Strahlung mit Bereichen destruktiver und konstruktiver Interferenz ist – nehmen Sie die geringe Menge in Kauf, die erforderlich ist, um diese zu erzeugen Null.

Die einfache Antwort ist also nicht, dass die Energie zurück zur Quelle geht, was meiner Meinung nach lächerlich klingt, sondern dass die Quelle ihre Energie gar nicht erst abgibt, weil es keinen Absorber gibt, der sie aufnehmen könnte. Dabei gibt es jedoch eine mysteriöse Ausnahme. Es ist möglich, Energie in einen unendlichen Raum zu senden, selbst wenn wir dort keinen Obsorber sehen - wie beim Senden von Antennen in den Weltraum. Wir müssen hier auf die entfernten Massen von Mach zurückgreifen, um einen Absorber bereitzustellen.

Diese Abbildung zeigt zwei häufige Situationen.

Oben ist ein Beispiel, wo die Wellen aus verschiedenen Richtungen kommen – eine von „S1“, eine von „S2“. Dann gibt es in einigen Bereichen ("Knoten") destruktive Interferenz und in anderen ("Hot Spots") konstruktive Interferenz. Die Energie wurde neu verteilt, aber die Gesamtenergiemenge ist dieselbe.

Unten ist ein Beispiel, bei dem die beiden Quellen S3 und S4 stark gerichtete Emitter für ebene Wellen sind, so dass sie überall dort, wo sie sich überlappen, destruktiv interferieren können. Dazu muss die Quelle S4 selbst im Feld von S3 sitzen. Was dann tatsächlich passiert, ist, dass S4 die Energie von S3 absorbiert. (Sie denken vielleicht, dass der Betrieb des Laser S4 seine Batterie entleert, aber im Idealfall kann die Batterie sogar wieder aufgeladen werden!)

Wie sieht es mit der Impulserhaltung aus? Hast du einen Link für ein Experiment dazu?
Physik entdeckt Impedanzfehlanpassung ...
Wie wäre es, wenn das Licht von S3 und S4 durch einen (gleichen) Strahlteiler geht (S3-Transmission und S4 90-Grad-Reflexion)?

http://www.opticsinfobase.org/josaa/abstract.cfm?uri=josaa-27-11-2468

Schräge Überlagerung zweier elliptisch polarisierter Lichtwellen mittels geometrischer Algebra: bleibt Energie-Impuls erhalten? Michelle Wynne C. Sze, Quirino M. Sugon, Jr. und Daniel J. McNamara. 27, Ausgabe 11, S. 2468-2479 (2010)

Wir addierten die beiden elliptisch polarisierten Wellen und berechneten die Energie-Impuls-Dichte ihrer Summe. Wir haben gezeigt, dass Energie und Impuls im Allgemeinen nicht erhalten bleiben, außer wenn sich die beiden Wellen in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Wir haben auch gezeigt, dass der Impuls der Überlagerung eine zusätzliche Komponente senkrecht zu den Ausbreitungsrichtungen beider Wellen hat. Aber als wir den zeitlichen Durchschnitt der Energie und des Impulses der Superposition nahmen, stellten wir fest, dass der zeitliche Durchschnitt von Energie und Impuls auch erhalten bleiben könnte, wenn beide Wellen zirkular polarisiert, aber mit entgegengesetzter Händigkeit sind, unabhängig von der Richtung der beiden Wellen . Die Nichterhaltung von Energie und Impuls bei der Überlagerung zweier elliptisch polarisierter ebener Wellen liegt nicht an der Form der ebenen Wellen selbst, sondern zu den akzeptierten Definitionen der elektromagnetischen Energie und des Impulses. Vielleicht müssen wir diese Definitionen ändern, um die Energie-Impuls-Erhaltung zu erhalten. Bei unseren Berechnungen haben wir uns auf die Überlagerung zweier Wellen gleicher Frequenz beschränkt.

Stellen Sie sich Licht als Photonen vor, dann bedeuten schwarze Flecken, dass keine Photonen erkannt wurden, und helle Flecken bedeuten, dass viele Photonen erkannt wurden. Da die Energie von Photonen immer quantisiert ist: E = h v Es gäbe kein Problem mit der Energieeinsparung.

Es stellt sich die Frage, warum ein Photon hier „ankommt“ und dort nicht? Die Antwort liegt in der Wellenamplitude der Wahrscheinlichkeit, die dem Photon zugeordnet ist. Es ist die Wellenamplitude der Wahrscheinlichkeit, die interferiert, folglich wird die Wahrscheinlichkeitsdichte zum Intensitätsmuster für große Mengen von Lichtquanten.

Es wird oft gesagt, dass ein Photon „mit sich selbst interferiert“, aber es ist die Wellenamplitude der Wahrscheinlichkeit, die interferiert. Insofern ist die Aussage ok, wenn man sich die „Wellenfunktion“ als das Photon selbst vorstellt.

PD: Die Wellenfunktion für Photonen ist immer noch ein umstrittenes Thema, aber es wurden einige Fortschritte erzielt. Vielleicht möchten Sie Galubers Theorie der Photodetektion überprüfen.

Der Poynting_Vektor

In der Physik repräsentiert der Poynting-Vektor die gerichtete Energieflussdichte (die Rate der Energieübertragung pro Flächeneinheit, in Watt pro Quadratmeter, W·m−2) eines elektromagnetischen Feldes.

Wenn das Antilaser -Antilaser- Experiment im Vakuum durchgeführt wird, gibt es keine thermische Dissipation, und die Poynting-Vektoren sind entgegengesetzt und heben sich auf für die gleiche Feldstärke und mit den Feldern außer Phase. Für ebene Wellen (WP, Link oben):
"Die zeitabhängige und ortsabhängige Größe des Poynting-Vektors ist" : ϵ 0 c E 0 2 cos 2 ( ω t k r ) und der Mittelwert ist für eine einzelne sich ausbreitende Welle von Null verschieden, aber für zwei entgegengesetzte ebene Wellen gleicher Intensität und 100% phasenverschoben ist der augenblickliche Poynting-Vektor, der den Energiefluss misst, der Vektor S ( t ) = 0 .

Wenn Sie jeweils nur einen elektromagnetischen Strahl haben, kann die Arbeit erledigt werden. Wenn Sie unter den oben genannten Bedingungen zwei haben, kann keine Arbeit extrahiert werden. (Energie wird ausgelöscht, vernichtet, ;)

ABER, die Dinge können komplizierter sein als durch die Gleichungen beschrieben, da sich eine physische Sendeantenne auch als Empfangsantenne verhält, die usw. absorbiert und zurückstrahlt, ... was meine erste Meinung ändert und wahrscheinlich zerstört.

Die Wellen werden sich gegenseitig auslöschen, aber sie werden immer noch existieren, sie werden sich einfach nicht bewegen, sie würden nur ihre Form ändern (Energie kann nicht zerstört werden, sie kann nur ihre Form ändern). Wenn sich die Wellen treffen, löschen sie sich gegenseitig aus, sodass sich der Ton ändert zu Potential und Kinetik werden sich in Klang oder was auch immer ändern

Aus meiner Antwort hier- PSE-Anti-Laser-wie-sicher-wir-sind-dass-Energie-transportiert wird

Die Poyinting-Vektoren und die Impulsvektoren als E-, B-Felder sind symmetrisch. Wenn wir mit Antennenaggregaten „Feldformung“ machen, verwenden wir einfach Maxwell-Eqs und gehen jedes Mal mit Wellen. Wenn wir uns in einer Region des Weltraums einer Energienull näherten, bekamen wir keine Infrarotstrahlung, um das gelöschte Feld zu „verbrauchen“. E,B-Vektoren additiv: Licht+Licht=0

Antennen in Satelliten (Vakuum) arbeiten auf die gleiche Weise wie die an der Erdoberfläche, um die Intensität des Feldes zu formen.
Da die "Pointing-Vektoren" zu Null addieren, besteht imo kein Zweifel daran, dass Energie verschwindet .

Siehe das Antilaser- Experiment.

Wir haben keine Theorie? Dann müssen wir umdenken.
IMO Energie wird nicht transportiert. Was sich ausbreitet, ist nur eine Erregung des Mediums (wir nennen es Photonen) und Energie ist bereits „vor Ort“ (Vakuum, oder wie auch immer wir das Medium nennen).

Wenn es eine vollständige destruktive Interferenz zweier Lichtstrahlen gibt, sagen die Maxwell-Gleichungen voraus, dass die Energie Null wird. Nehmen wir den Fall von zwei kohärenten kollinearen Strahlen, die um 180 Grad phasenverschoben sind, wie im Fall des Antilasers.

E 1 = E m Sünde ( k x ω t ) ; E 2 = E m Sünde ( k x ω t + p ) B 1 = B m Sünde ( k x ω t ) ; B 2 = B m Sünde ( k x ω t + p )

E = E 1 + E 2 und B = B 1 + B 2

E = E m Sünde ( k x ω t ) + E m Sünde ( k x ω t + p ) B = B m Sünde ( k x ω t ) + B m Sünde ( k x ω t + p )
Aber, Sünde ( k x ω t + p ) = Sünde ( k x ω t ) , Dann, E = 0 und B = 0 und,

U T = U E + U B = 1 2 д 0 E 2 + 1 2 μ 0 B 2 = 0
Dies ist die klassische Interpretation des Wellen-Elektromagnetismus während der totalen destruktiven Interferenz nach Maxwell. Maxwells Beschreibung der Energie der Lichtwelle ist eine wellenförmige Energie, die vorhersagbar ein Maximum erreicht und später Null wird. Die vorgeschlagene Lösung für dieses Problem besteht darin, den Mittelwert der Energie zu berechnen, wenn die Felder Maxima sind.

Was ist die physikalische Bedeutung einer Energie, die gemittelt werden muss, um die wahre Größe zu haben? Wenn das Prinzip der Energieerhaltung auf dieses Phänomen angewendet werden soll, muss die Energie konstant sein und für jeden Moment während der Bewegung der Welle einen einzigartigen Wert haben. Welche Bedeutung hat diese Situation, die seit mehr als einem Jahrhundert nicht erkannt wurde?

Was fast niemand zugeben möchte, ist, dass der Elektromagnetismus unvollständig ist, weil er die elektromagnetische Strahlung nicht ausreichend beschreiben kann und eine Verletzung des Energieerhaltungssatzes erzeugt.

Wie Helder Velez sagte: „Wir haben keine Theorie?“. NEIN Dann müssen wir umdenken.“ Er hat eine These: EM-Energie wird nicht transportiert, sondern ist nur eine Anregung des Mediums, des Quantenvakuums oder des Quantenplenums, wie ich es lieber nenne. Aber das ist nur eine Idee, eine Intuition, ohne Unterstützung oder Beweise.

Viel Kopieren und Einfügen von anderen (fehlerhaften) Antworten des Posters .
Ich habe eine und nur eine Referenz gemacht: Helder Velez. Die Tatsache, dass sein Kommentar negative Interpunktion enthält, bedeutet nicht, dass er falsch ist; nur dass sie ihm nicht zustimmen. Ich unterstütze ihn bei der Verletzung des Energieerhaltungssatzes. Ich unterstütze die „EMG-Theorie des Fotons“ von Diogenes Aybar, die unter journaloftheoretics.com/Links/Papers/EMG%20III.pdf zu finden ist . Er denkt, dass das Photon ein anderes inhärentes Feld hat, das Gravitationsfeld, wo die Energie von den beiden elektromagnetischen Feldern zum Gravitationsfeld übergeht und dann in jedem Moment die Energie konstant hält.