Что такое электромагнитная волна больше не понимаю

[CyberCraft]

Не хочу, чтобы эта тема была местом маргинальных теорий всякого там эфира, поэтому просьба эфирные теории не предлагать, также не предлагать официальные теории, в которых хоть каким то образом присутствует, что-то типа эфира или частиц.

Хочется всё же понять, что имеет в виду современная официальная физика под электромагнитным полем и электромагнитной волной.
Волна это колебания. В данном случае колебания некоего электромагнитного поля. ОК. Говорят еще, дескать, это поле перемещается. Не понятно, но пусть.
Допустим также, что носителем поля является, например, фотон, и движется он в абсолютном вакууме. Пока фотон не наблюдается наблюдателем он распространяется как волна.
А лучше даже не фотон рассматривать, а просто радио-волну.
Ага. Волна чего? Электромагнитного поля? А поле чего? Электромагнитных волн? Замкнутый логический круг получается.
Не понятно, что именно колеблется, из чего формируется поле, что формирует волну?
Если про колеблющийся заряд речь пойдет, то по условию задачи, смотри выше, его носителем не должна быть частица.

[Metford]

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Говорят еще, дескать, это поле перемещается

Не нужно слушать тех, кто так говорит.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

что имеет в виду современная официальная физика под электромагнитным полем.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

А лучше даже не фотон рассматривать

Вот в этих двух условиях уже есть противоречие.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Если про колеблющийся заряд речь пойдет, то по условию задачи, смотри выше, его носителем не должна быть частица.

Чем же не устраивает колеблющийся заряд?

Вообще в вопросе смешение всего со всем. Судя по всему, про фотоны, действительно, сейчас лучше не говорить...

[CyberCraft]

Я не говорил, что меня что-то не устраивает. Я просто не понимаю.
Просто, чтобы сузить дискуссию, я попросил не упоминать эфира и даже частиц.
Если Вам понятно и у Вас более чистое знание по этому вопросу, то сформулируйте коротенько, буду очень признателен.

[arseniiv]

CyberCraft в сообщении #1172318 в заголовке темы писал(а):

больше не понимаю

Ну, знаете ли, вы и раньше, судя по вопросам после этого, не понимали.

Давайте вот классическое поле (какие там фотоны, фотоны потом!). Это тензорное поле (поле — функция из пространства-времени во что-то, а конкретно что в данном случае — думаю, на текущий момент не уровень этой темы); им каждой точке пространства-времени приписывается (вещественный) тензор второго ранга, причём даже антисимметрический. Ещё на эту функцию накладываются ограничения — уравнения Максвелла. Говорить конкретнее можно только рассматривая, что конкретно эти ограничения говорят и понимая, как работать с тензорами. С точностью же до конкретного вида у. М. это почти идеальное описание.

Сравним с волнами на воде (глубина которой много больше амплитуды волн). Это волны «поля уровня воды», которое можно считать скалярным — каждой точке $(2+1)$-мерного пространства-времени (поверхность воды во все моменты времени) оно сопоставляет число (уровень), не зависящее ни от каких координат, так что это скаляр. На это скалярное поле накладывается ещё условие — волновое уравнение — и в довольно широких пределах его можно считать линейным.

-- Пн ноя 28, 2016 05:18:55 --

Заметьте, несмотря на то, что во всей полноте «что это такое» включает «как оно себя ведёт» (и, в общем-то, сводится к нему), на самом деле последнее действительно включено в описания выше, даже если это и кажется незаметным — просто интересные человеку явления придётся выводить из этого довольно сжатого (если считать весь нужный матаппарат известным) описания.

-- Пн ноя 28, 2016 05:21:24 --

Дальше придут физики и скажут, как они предпочитают это делать, чтобы задачи были обозримыми. (Скажем, задача «могут ли в поле, соответствующем такому определению, бегать волны, и с какой скоростью».)

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: для общего раздела это несерьезно.

[wide]

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

... Не понятно, что именно колеблется, из чего формируется поле, что формирует волну?
Если про колеблющийся заряд речь пойдет, то по условию задачи, смотри выше, его носителем не должна быть частица.

Не понятно про какой носитель вы говорите. Про носитель заряда, допустим, электрон? Для начала его нужно рассматривать как частицу.

Все начинается с электростатики. Допустим у нас есть неподвижный электрон. Если на некотором расстоянии от него поместить другую заряженную частицу, то они будут взаимодействовать, т.е. начнут сближаться или отталкиваться. Чтобы описать математически этот факт - можно ввести понятие поля сил. Т.е. вокруг электрона есть "нечто", которое в электростатике зависит от расстояния до электрона и которое оказывает силовое воздействие на заряженные частицы, помещенные в это "нечто".

Теперь ставим неподвижный детектор на некотором расстоянии от электрона, а электрон начинаем "колебать". Детектор покажет, что поле в точке наблюдения будет изменяться (т.к. электрон будет то дальше, то ближе от точки наблюдения) с некоторой задержкой (т.к. взаимодействие происходит не мгновенно). Этот процесс можно назвать "колебанием" поля, но его называют изменением поля. Поле изменяется согласно уравнениям Максвелла. Из уравнений предельно ясно следует, что поле рассматривается из двух условных "частей". Изменение одной "части" сопровождается одновременным изменением и другой.Почему это происходит вам не ответят, есть уравнения, они выведены из экспериментальных данных и подтверждаются в любом эксперименте, точка.

Если вы будете настаивать на объяснении, как это реально все происходит, с высокой вероятностью вашу тему закроют с предписанием о невежестве, т.к. никакого объяснения "реальных" процессов нет, есть математическая модель, этого достаточно.

[wrest]

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Хочется всё же понять, что имеет в виду современная официальная физика под электромагнитным полем

Вот тов. Фейнман в книжке "Характер физических законов" (см. напр. https://litlife.club/br/?b=178218&p=1) говорит так:

Цитата:

... Ну что ж, имеется другой способ сформулировать закон - очень странный. Он основан на понятии поля. Объяснить его трудно, но я попытаюсь дать вам хотя бы приблизительное представление. Звучит он совсем по-другому.
В каждой точке пространства имеется число (именно число, а не механизм: в том-то и вся беда с физикой, что она должна быть математической), и, когда вы переходите с места на место, это число меняется. Если в какой-то точке пространства поместить предмет, то на него будет действовать сила в том направлении, в котором быстрее всего изменяется это число (я дам ему обычное название - потенциал; сила действует в направлении быстрейшего изменения потенциала)."

[Munin]

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Волна это колебания.

Начнём с этого. Нет, волна - это не колебания.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Говорят еще, дескать, это поле перемещается.

Неправильно говорят.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Не понятно, но пусть.

Если вы так будете относиться к каждой фразе из учебника, то так никогда ни в чём и не разберётесь.

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Ага. Волна чего? Электромагнитного поля? А поле чего? Электромагнитных волн? Замкнутый логический круг получается.

Не бывает вопроса "поле чего?". Поле - оно ничего. Оно просто поле.

Это такая материальная сущность. Вы с детства знакомы с такими материальными сущностями, как погремушка, мячик, стульчик. Потом вы познакомились с тем, что такое ветер и воздух. А вот теперь вас знакомят ещё с одной сущностью: физическое поле. Надо привыкнуть и приучиться к ней.

[rustot]

CyberCraft в сообщении #1172320 писал(а):

Просто, чтобы сузить дискуссию, я попросил не упоминать эфира и даже частиц.

Если частиц нет, то и говорить не о чем, электромагнитные поля и электромагнитные волны становятся абстрактной придумкой ни в чем реальном себя не проявляющей, то ли есть они, то ли их нет - неизвестно

Две частицы умеют воздействовать друг на друга с силой на расстоянии. Воздействие это запаздывающее, то есть чтобы узнать величину воздействия на одну частицу сейчас нужно знать состояние другой частицы в определенный момент прошлого, ее состояния до этого единственного момента в прошлом и после него на величину текущего воздействия на первую частицу не влияют

Очевидные сложности такого описания системы из множества частиц, когда изменение текущего состояния системы зависит не от самого этого текущего состояния а от состояния во множестве разных моментов прошлого множества частей этой системы приводят к понятию поля - описанию суммы всех воздействий из прошлого в виде текущего состояния некоего "поля". Причем для нахождения того каким это поле (то есть все воздействия на все части системы) станет через $dt$ не нужно знать ничего кроме этого его текущего состояния. Информация о том в каком состоянии находились множество частиц в прошлом, которая необходима для вычисления их воздействия в данной точке через $dt$ уже есть в описании текущего состояния поля в соседних с искомой точках до которых это воздействие уже добралось чуть раньше, уже сейчас, а не через $dt$

И вот тут возникает вопрос, а что же есть поле "по настоящему". Это нечто "материальное", на которое одни частицы оказывают воздействие, онj под этим воздействием меняется, изменившиеся участки поля приводят к изменению в соседних участках и именно так воздействие одних частиц и добирается до других частиц с запаздыванием. А может все не так, может вся концепция "сейчас" и "запаздывание" неверна, а для каждой точки пространства есть только свое собственное "сейчас" в виде того каким из этой точки видят все воздействия и никакого всеобщего "сейчас" попросту не существует, а поле лишь математическая абстракция преобразующее это множество разных "сейчас" в одно "единое сейчас" чисто для удобства. И можно нагородить еще миллион таких не совпадающих друг с другом "концепций", но беда в том что они между собой экспериментально неразличимы (то есть не только не было экспериментнов, которые опровергли бы одну из них, а даже и придумать такой гипотетический эксперимент невозможно), а значит их носители могут друг с другом спорить до бесконечности, не в силах однозначно доказать правильность одной из них. То есть они не физические, а философские.

А ваш вопрос именно из этой серии - про "по настоящему". Можно посоветовать какую то популярную концепцию, но она заведомо не "единственно правильная". А можно сказать "да как вам удобнее так и представляйте", но только если вы в формировании собственной концепции будете исходить из практических данных, а не наоборот сначала формировать ее руководствуясь "логикой", а объективные данные фильтровать, отбрасывая не вписывающиеся в концепцию как "наверное они получены по ошибке"

ps. А насчет именно "электромагнитной волны", все просто. Некоторые состояния частиц в прошлом приводят к запаздывающим воздействиям, ослабевающим с расстоянием до местоположения этой частицы в прошлом (хоть по времени хоть по расстоянию) гораздо медленнее прочих и на очень больших расстояниях практически различимыми становятся только они. Вот такие медленно ослабевающие воздействия и называются "полем излучения", вид гармонических колебаний, красивой "синусоиды" они иметь вовсе не обязаны, это просто распространенный частный случай, как и гармонические колебания в механике на фоне всех прочих движений

[Someone]

CyberCraft в сообщении #1172318 писал(а):

Если про колеблющийся заряд речь пойдет, то по условию задачи, смотри выше, его носителем не должна быть частица.

А что? В природе нет никаких носителей заряда, кроме частиц.

[CyberCraft]

arseniiv в сообщении #1172321 писал(а):

Это тензорное поле (поле — функция из пространства-времени

Я правильно понял, что Вы утверждаете, что электромагнитное поле это поле пространства времени?
Жаль, что такое сопоставление не используется для объяснения явления ни в школьной, ни и начальной университетской программе, а также не встречал ни в одной научно-популярной программе... Почему? Зачем так делают? Было бы проще, чем вводить новые сущности без объяснений.
Возможно я ошибаюсь, но вероятно любой "не физик" считает электромагнитное поле чем то отличным от поля пространства-времени. И что это поле и волны могут перемещаться в пространстве сами по себе совершенно свободно и независимо от него. Не мы такие тупые, учебная программа такая.

wrest в сообщении #1172339 писал(а):

В каждой точке пространства имеется число (именно число, а не механизм: в том-то и вся беда с физикой, что она должна быть математической), и, когда вы переходите с места на место, это число меняется. Если в какой-то точке пространства поместить предмет, то на него будет действовать сила в том направлении, в котором быстрее всего изменяется это число (я дам ему обычное название - потенциал; сила действует в направлении быстрейшего изменения потенциала).

Допустим, Фейнман объяснил природу поля. Т.е. фактически дал определение, что поле пространства это структура, наделенная в каждой точке характеристиками, выражаемыми численно.

Любая численная характеристика в точке существует не просто так, а отвечает за что-то отличное от других характеристик. Нельзя взять и наплодить одинаковых характеристик. Даже если просто рассматривать их чисто математически, то все константы придется объединить в одну, если они свободные.
Попробую провести аналогию с плоскостью(двумерное пространство) и пучком линий, пересекающих плоскость в точке. Тогда характеристики пространства в точке соответствуют характеристикам этих линий. И тогда ответом на мой вопрос и будут эти линии, т.е. то что меняется при движении электромагнитной волны. Я правильно понимаю? Если нет, то объясните понятнее.

Несколько обескураживает тот факт, что согласно этим объяснениям, любая примитивная радиостанция работает, по сути, путем изменения характеристик пространства-времени на уровне его тонкой структуры, и что это изменение может перемещаться в пространстве-времени? Меня смущает лёгкость, с которой это удается делать. Это не моё утверждение, это то, что я понял из объяснений и попытался развить мысль.

-- Пн ноя 28, 2016 14:41:20 --

Someone в сообщении #1172369 писал(а):

А что? В природе нет никаких носителей заряда, кроме частиц.

Мы рассматриваем самый простейший случай. Не надо искать экзотику.

-- Пн ноя 28, 2016 14:43:28 --

rustot в сообщении #1172365 писал(а):

Если частиц нет, то и говорить не о чем, электромагнитные поля и электромагнитные волны становятся абстрактной придумкой ни в чем реальном себя не проявляющей,

Правда?

-- Пн ноя 28, 2016 14:45:36 --

Munin в сообщении #1172355 писал(а):

Начнём с этого. Нет, волна - это не колебания.

Ну возмущение, это принципиально?

-- Пн ноя 28, 2016 14:55:31 --

Munin в сообщении #1172355 писал(а):

Не бывает вопроса "поле чего?". Поле - оно ничего. Оно просто поле.

Поле ничего это ничто, т.е. то, чего нет.
Выражаетесь яснее.

[Mikhail_K]

arseniiv в сообщении #1172321 писал(а):

поле — функция из пространства-времени во что-то

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Я правильно понял, что Вы утверждаете, что электромагнитное поле это поле пространства времени?

Нет, здесь утверждается не это. Поле - это функция из пространства-времени - то есть поле характеризуется в каждой точке пространства и в каждый момент времени некоторым математическим объектом. В школьном курсе физики для электромагнитного поля этот объект - пара векторов $(\vec{E},\vec{B})$. В более продвинутой физике это тензор.

(Если хочется пофилософствовать. Надо думать, поле - это не сами числа, векторы, тензоры - хотя бы потому, что всё это объекты математические, а не физические. Но так получилось, что эту физическую сущность - поле - можно исчерпывающим образом описать набором данных математических объектов. Так же, как мы описываем положение материальной точки в данный момент времени набором её пространственных координат.)

Как Вам уже сказали,

Munin в сообщении #1172355 писал(а):

Не бывает вопроса "поле чего?". Поле - оно ничего. Оно просто поле.

То есть да, поле - это физическая сущность, описываемая набором математических объектов (чисел, векторов, тензоров...) в каждой точке пространства в каждый момент времени. То, что Вы пишете -

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Любая численная характеристика в точке существует не просто так, а отвечает за что-то отличное от других характеристик. Нельзя взять и наплодить одинаковых характеристик. Даже если просто рассматривать их чисто математически, то все константы придется объединить в одну, если они свободные.
Попробую провести аналогию с плоскостью(двумерное пространство) и пучком линий, пересекающих плоскость в точке. Тогда характеристики пространства в точке соответствуют характеристикам этих линий.

- не ясно.

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

И что это поле и волны могут перемещаться в пространстве сами по себе совершенно свободно и независимо от него.

Да, могут.

[rockclimber]

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Я правильно понял, что Вы утверждаете, что электромагнитное поле это поле пространства времени?

Ну почитайте вот еще:

Munin в сообщении #989047 писал(а):

Что такое поле? Это функция. Она есть всегда. Не бывает, чтобы её не было. Это понятно, надеюсь. Когда эта функция равна нулю, иногда образно говорят "поля нет", но это неформально. Такое можно говорить каким-нибудь техникам-инженерам, но физики избегают этого. Для физиков, поле всегда есть, просто иногда нулевое. Кроме того, есть понятия "фона" и "(малого) возмущения". Скажем, можно рассмотреть какое-то одно поле - это будет фон или невозмущённое поле, а потом добавить к нему небольшое другое слагаемое - это будет возмущение. Из-за того, что возмущение небольшое, получается сделать более простые математические выводы.

И вообще пройдите по ссылке и весь тот пост перечитайте. Хотя, боюсь, все равно не поможет.

[Mikhail_K]

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Поле ничего это ничто, т.е. то, чего нет.

Ну нету такого понятия "поле чего-то". Есть просто понятие "поле". И оно описывается не в терминах "того, чего оно поле", а числами, векторами или тензорами в каждой точке пространства в каждый момент времени.

[Munin]

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Ну возмущение, это принципиально?

Ну, собака - это не кошка, а млекопитающее. Это важно?

Если вам не нужно понимания, то нет, это не важно. Но вы-то пришли, как будто бы, за пониманием. Тогда вам надо внимательнее читать определения, а не пытаться всё выворачивать наизнанку, и устраивать клоунаду.

CyberCraft в сообщении #1172376 писал(а):

Поле ничего это ничто, т.е. то, чего нет.

Нет.