Wie könnten sich elektromagnetische Wellen durch den Weltraum ausbreiten, obwohl sie keine Elektronen haben?

Dies ist eine Frage, die drastisch geändert wurde, und die andere Antwort sowie die Kommentare zu der Frage und der Antwort stimmen nicht mit der bearbeiteten Frage überein.

Ich habe bereits im Kommentar darauf hingewiesen, dass Sie einen vereinfachten Artikel in Wikipedia über elektromagnetische Strahlung lesen. Die klassische elektromagnetische Strahlung lässt sich nicht einfach durch Analogien vereinfachen. Ich werde versuchen, mit dem quantenmechanischen Rahmen, der der gesamten Physik zugrunde liegt, zu erklären, dass klassische Theorien reibungslos aus diesem Rahmen hervorgehen.

Die elektromagnetische Welle besteht aus einer großen Anzahl von Photonen. Photonen sind Elementarteilchen, sie haben keine Masse, sind Punktteilchen und ihre Energie ist durch die Frequenz der klassischen Welle gekennzeichnet, die wir makroskopisch beobachten, gegeben durch

Außerdem gehorchen Photonen in ihrer quantenmechanischen Form den elektromagnetischen Maxwell-Gleichungen. Das heißt, sie sind neben ihrem Spin und ihrer Energie auch durch das in die Maxwell-Gleichungen eingehende Vektorpotential charakterisiert.

Sie müssen kein Problem damit haben, zu akzeptieren, wie ein einzelnes Photon im Weltraum reisen kann, sogar im Vakuum. Es ist ein quantenmechanisches Teilchen, das geradeaus geht, wenn es nichts findet, mit dem es interagieren könnte. Einzelne Photonen wurden gemessen, indem Laserstrahlen sehr schwach gemacht wurden, sodass jeweils nur ein Treffer auf dem Detektor erfolgt. Sie haben sogar kommerzielle Einzelphotonendetektoren.

Es geht um die Frage, wie Zillionen von Photonen die elektromagnetischen Wellen aufbauen können, die zum Beispiel von den Sternen zu uns kommen. Sie addieren sich auf ähnliche Weise wie Wassermoleküle sich addieren und Ströme bilden, außer in kleineren Dimensionen und schnelleren Zeiten. Ein Strom von Photonen kommt kontinuierlich von diesen Sternen mit dem Impuls an, den sie gegeben haben, als sie vor so langer Zeit gegangen sind.

Wenn das Licht kohärent ist, dh die disparaten Konstanten, die jedes Photon mathematisch beschreiben, eine feste Phase haben, können die einzelnen Felder E und B, makroskopisch mit einer Wellengleichung beschrieben, schematisch gesehen werden:

Dieses 3D-Diagramm zeigt eine ebene, linear polarisierte Welle, die sich von links nach rechts ausbreitet. Beachten Sie, dass die elektrischen und magnetischen Felder in einer solchen Welle in Phase sind und zusammen Minima und Maxima erreichen

Die Welle wird von Zillionen von Photonen im Takt aufgebaut, so dass ihre Spins und andere Konstanten, die sie beschreiben, die makroskopische Welle aufbauen, obwohl sie aus all diesen Elementarteilchen besteht, die alle in einer geraden Linie verlaufen, es sei denn, sie treffen auf etwas der Weg.

( Ich beziehe mich nur auf die aktualisierte Frage )

Dies ist eine Frage, die viele Male von Physikern nach der Formulierung und Popularisierung der Maxwell-Gleichungen gestellt wurde. Sie kannten zuvor die Wellengleichungen auf Saiten, wo die Materie der Saite vibrierte, oder auf Wasser, wo die Wasseroberfläche diejenige war, die die Welle trug.

How could it then be that a wave is "happening" around us without any kind of matter carrying it? To sate the need of visualization, a certain fabric pervading all space, even the vacuum, was postulated, the aether, which carried the electromagnetic wave. This concept was so popular, it was even used to describe curious transformation properties of the electromagnetic field. However, Poincaré and Einstein later showed that the aether is redundant in the latter sense and that we were actually just using the wrong transformation the whole time (yes, relativity was born).

Heutzutage sagen wir einfach, die elektromagnetische Welle wird vom Feld selbst getragen. Die Wellen im Feld breiten sich auch im Vakuum von selbst aus. Tatsächlich breiten sich die Wellen im Vakuum am besten aus und Dinge wie Elektronen sind Hindernisse für sie! Dies ist nur ein Konzept, mit dem Sie sich vertraut machen sollten, bevor Sie mit dem nächsten Absatz fortfahren.

Die letzte Einsicht, die wir gewinnen können, ist die Betrachtung der Quantennatur, die für alle Bereiche gilt. Aus einem ziemlich komplizierten Argument folgt, dass Feldquanten tatsächlich Teilchen sind , die durch den Weltraum fliegen. Ein Teilchen, obwohl masselos wie im Fall eines Photons, kann wirklich leicht so verstanden werden, dass es ohne jede Art von "Unterstützung" durch den Raum fliegt.

Was die Frage der Erzeugung elektromagnetischer Wellen betrifft, so gibt es tatsächlich keine Möglichkeit, eine elektromagnetische Welle ohne Ladungen zu erzeugen. Einmal erzeugt, fliegt die Welle jedoch frei umher. In bestimmten idealisierten Situationen können wir uns auf die Welle selbst konzentrieren und die Quellen "sehr weit" platzieren, um Abstraktionen wie planare Wellen zu erzeugen , was wahrscheinlich das Beispiel ist, das Ihre Frage motiviert hat.

Planare und andere idealisierte quellenlose Wellen sind nur eine Annäherung an den Fall, in dem die erzeugenden Ladungen sehr weit entfernt sind, sodass wir mit einer einfachen asymptotischen Form der Wellen arbeiten können.

Der Luftwiderstand wirkt nur auf makroskopische Objekte, die sich durch die Luft bewegen. Elektrische Felder werden davon überhaupt nicht beeinflusst. Elektromagnetische Wellen benötigen nicht einmal ein Medium, um sich auszubreiten, daher macht es keinen Sinn, auch nur zu diskutieren, wie sie sich durch Luft ausbreiten können. Ich denke, Sie verwechseln die Permittivität der Luft mit dem Luftwiderstand, wie Anna in den Kommentaren erwähnt hat.