In welchem ​​Medium sind nicht-mechanische Wellen eine Störung? Der Äther?

Es klingt wie eine einfache Frage. Aber sorgfältiges Nachdenken und sorgfältige Messungen führen in sehr unerwartete Richtungen, wie z. B. die spezielle Relativitätstheorie.

Beginnen wir mit einem Elektron. Nennen Sie es A. Es ist geladen und übt daher eine Kraft auf jedes andere Elektron in der Nähe aus, B. Wir lassen A an einem festen Ort. Die Größe und Richtung der Kraft auf B hängt davon ab, wo sich B befindet.

An jedem beliebigen Ort x können wir die Kraft berechnen, die B spüren würde, wenn er sich bei x befände. A füllt den gesamten Raum mit der Möglichkeit einer Kraft auf B aus. Wir können die potenzielle Kraft berechnen, ohne dass B anwesend ist. Wir sagen, dass A den ganzen Raum mit einem Kraftfeld füllt. Ein Kraftfeld ist eine mathematische Abstraktion, die uns sagt, wie Kräfte wirken. Um A herum kann nichts als Vakuum sein.

Ein elektrisches Feld ist einem Kraftfeld sehr ähnlich. Die Kraft auf B ist proportional zur Ladung auf B. Wir wollen etwas, das nur von A abhängt. Also dividieren wir die Kraft durch$q_B$. Das ist das elektrische Feld, das von A erzeugt wird.

Es stellt sich heraus, dass das elektrische Feld ein sehr nützliches Werkzeug ist, insbesondere wenn sich Ladungen bewegen. Bewegte Ladungen erzeugen auch ein Magnetfeld. Wir lassen es beiseite, da es dem elektrischen Feld sehr ähnlich ist.

Angenommen, A bewegt sich hin und her, während B fixiert ist. Dann ändert sich die Kraft auf B, wenn sich A bewegt. Aber B spürt die Kraftänderung nicht sofort. Die „Nachricht“, dass A sich bewegt hat, reist mit Lichtgeschwindigkeit.

Mathematisch ist es einfach, Schwingungen des elektrischen Feldes zu beschreiben, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Wenn die Schwingungen B erreichen, sagen sie etwas über die Kräfte auf B aus.

Es ist sehr einfach, sich das elektrische Feld als ein Ding statt als eine mathematische Abstraktion vorzustellen. Schließlich bewegt es sich und trägt Informationen. Es gibt eine so starke Parallele zwischen dem abstrakten Feld und den physikalischen Kräften auf Elektronen, dass die Leute sie für dasselbe halten. Das sieht man in diesem Beitrag. Ist es richtig zu sagen, dass elektromagnetische Wellen kein Medium benötigen? Und das ist in Ordnung. Es klappt.

Aber es wird verwirrend, wenn Sie fragen, was winkt.

Im 18. Jahrhundert erwarteten Physiker, dass, wenn elektrische Felder Wellen haben, irgendeine Substanz diese Wellen tragen muss. Sie nannten die Substanz Äther und versuchten herauszufinden, welche Eigenschaften sie haben muss.

Die Eigenschaften waren seltsam. Äther durchdringt alles. Es hat keine Masse. Usw. Seltsame, kontraintuitive Eigenschaften sind in Ordnung. Physiker glauben heute an sehr seltsame Eigenschaften und führen Experimente durch, um zu zeigen, dass sie richtig sind.

Die Idee geriet um 1900 in Schwierigkeiten. Wenn die Erde die Sonne umkreist, nähert sie sich einem Stern und entfernt sich dann von ihm. Wenn Licht ein oszillierendes elektromagnetisches Feld ist, das sich durch den Äther bewegt, sollten wir eine höhere Geschwindigkeit messen, wenn wir uns dem Stern nähern. Michelson und Morley versuchten, den Geschwindigkeitsunterschied zu messen, konnten dies jedoch nicht. Verschiedene Strategien wurden versucht, um die Dinge zu erklären. Nichts funktionierte, bis die Spezielle Relativitätstheorie es ohne Äther erklärte.

Heute sagen wir, nichts winkt.

Ihre Prämisse ist richtig. Wellen müssen keine Störung in einem Medium sein . Zum Beispiel nicht-mechanische Wellen, wie Sie gerade gesagt haben.

Aber es ist falsch anzunehmen, dass es sich um eine Störung im Äther handelt. Sie sind Schwingungen eines Feldes . Zum Beispiel sind elektromagnetische Wellen Störungen in den elektrischen und magnetischen Feldern (da die beiden senkrecht sind, sind es auch die Schwingungen. Mit einer Fourier-Transformation können wir zeigen, dass es sich um Sinuswellen handelt). Ich hoffe, es hilft. Ich bin neu bei SE, also bin ich mir nicht sicher, wie viel genug ist.