Was trägt ein elektrisches Feld durch den Weltraum?

Makroskopisch sprechen wir von elektrischen und magnetischen Feldern, die der klassischen Theorie der Maxwellschen Gleichungen folgen.

Eine stationäre Ladung „erzeugt“ ein konstantes (aber nicht gleichmäßiges) elektrisches Feld um sie herum, und eine sich bewegende Ladung „erzeugt“ ein variables elektrisches Feld um sie herum. Was „trägt“ die Information über die Existenz einer stationären oder einer bewegten Ladung durch den Raum?

In der klassischen Theorie besteht keine Notwendigkeit, stationäre elektrische und magnetische Felder zu "tragen", die Gleichungen ordnen Feldern Ladungen und magnetischen Momenten zu, die kein "Tragen" benötigen. Die Felder beschreiben das Verhalten von Ladungen und Dipolen. Für variable Felder akzeptiert die Mathematik der klassischen Theorie, dass sie sich als elektromagnetische Wellen im Vakuum mit der Geschwindigkeit c ausbreiten, ohne dass ein Medium benötigt wird. Die Theorie passt perfekt zu den Daten.

Sind insbesondere Photonen notwendigerweise an dem Prozess beteiligt?

Der klassische Elektromagnetismus ist eine emergente Theorie aus der zugrunde liegenden Quantenelektrodynamik. . Dort ist das Photon ein Elementarteilchen der Masse Null und Spin 1, das sich mit der Geschwindigkeit c fortbewegt und Träger elektromagnetischer Wechselwirkungen ist, entweder virtuell oder real. Eine enorme Anzahl von Photonen baut die klassische elektromagnetische Welle auf, wie hier demonstriert wird .

Also ja, Photonen sind notwendigerweise als Träger der EM-Wechselwirkungen beteiligt.

Diese Frage verdeutlicht einen entscheidenden Unterschied zwischen fundamentalen und alltäglichen Feldern.

Alltägliche Felder entstehen durch Mittelung über viele Teilchen. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Schallwelle in der Luft vor. Es ist nichts anderes als eine Welle im „Verdrängungsfeld“: Es besagt, dass die Luft an einem Punkt gedehnt wird, während sie an einem anderen Punkt zusammengedrückt wird.

Aber wenn Sie ganz hineinzoomen, auf die Ebene einzelner Luftmoleküle, werden Sie feststellen, dass überhaupt nichts gedehnt oder gequetscht wird! In der Tat, wenn Sie irgendwann ein einzelnes Luftmolekül betrachten, werden Sie keine Ahnung haben, ob es sich in einer Schallwelle befindet oder nicht. Schallwellen sehen wir nur, wenn wir über die Positionen über viele Luftmoleküle mitteln; die einzelnen Moleküle bilden das Feld.

Grundlegende Felder, wie das elektromagnetische Feld, sind nicht auf die gleiche Weise. Solche Felder bestehen aus nichts; wir bauen sie nicht aus kleineren Stücken! Insbesondere besteht das elektromagnetische Feld nicht aus Photonen wie Luft aus Luftmolekülen. Dieses Missverständnis legt nahe, dass das elektromagnetische Feld dort aufhören würde zu existieren, wenn Sie alle Photonen in einer Region beseitigen würden, was völlig falsch ist.

Eine bessere Analogie ist, dass Photonen wie Schallwellen sind. Sie können einen Raum beruhigen, aber die Luft wird immer noch da sein; ebenso existiert das elektromagnetische Feld als Einheit immer noch, wenn keine Photonen vorhanden sind.

Um Ihre Frage zu beantworten: Das elektromagnetische Feld trägt elektromagnetische Wellen. Die Wellen bestehen aus Photonen; sie werden nicht von Photonen getragen.

Ich würde Photonen sagen, da sie Vermittler der elektromagnetischen Wechselwirkung sind. Aber ich würde nicht sagen, dass etwas tatsächlich Informationen über die sich bewegende oder stationäre Ladung trägt, es ist nur das Feld selbst, da es sich am Ursprung ändert und sich bei c ausbreitet. Der Wechsel des Feldes an einem bestimmten Punkt entfernt von der Quelle erfolgt also nicht sofort, es gibt eine Verzögerung. Und erst nach dieser Zeit stellt man fest, dass sich die Ladung bewegt.

Ströme und Magnetfelder erzeugen Veränderungen in elektrischen Feldern. Ohne sie bleiben elektrische Felder gleich.

Und es sind elektrische Felder, die Magnetfelder verändern, ohne sie bleiben Magnetfelder gleich.

Insbesondere sind hier die expliziten Gleichungen für das elektromagnetische Feld und

Wenn Sie also eine Ladung hätten, die am Ursprung immer in Ruhe war, könnte das Magnetfeld zunächst sein$\vec 0$und das elektrische Feld könnte zunächst sein$\frac{q\hat r}{4\pi \epsilon_0|\vec r|^2}$und wenn Sie dann die Ladung bewegen, würde sie einen Strom haben, der das elektrische Feld ändern würde, und das neue elektrische Feld könnte das magnetische Feld ändern. Das neue Magnetfeld könnte das elektrische Feld verändern und so weiter, wie ein Welleneffekt, der sich mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Jedes Feld ändert sich zeitlich basierend auf der räumlichen Variation der Feldwerte um es herum.