Продольные волны

[suomi 23]

Народ, подскажите пожалуйста - какова ситуация на данный момент с продольными волнами ? Не знаю как их назвать - электростатическими (но в волне нет статики), электромагнитными (но там нет магнитного поля). Ну короче - если в данной точке пространства вдруг исчезает (или появляется) нескомпенсированный электрический заряд - с какой скоростью сообщение об этом достигнет края Вселенной? И вообще - продольные электрические волны кто-нибудь серьезно искал? Вроде как Рентген поначалу принял свои рентгеновские фотоны за продольные - т.е. в начале ХХ века такая возможность еще допускалась?

И здесь же - какие вообще вторичные поля могут (или должны) возникнуть, если в данной точке начнет пульсировать электрический заряд (допустим синусоидально) - пульсировать по своему значению, а не в пространстве?

[Munin]

В физике продольных волн дофига. Например, в твёрдом теле, в жидкости, в газе или в плазме.

В электромагнитном поле в вакууме - продольных волн не бывает.

Эта ситуация сложилась не "на данный момент", а ещё в 19 веке, и с тех пор не менялась.

В конце 20 века в России развелось много лженауки, в том числе и разновидность, заявляющая, что бывают "продольные электро-какие-то волны".

[epros]

Добавлю, что вот этого:

suomi 23 в сообщении #1115868 писал(а):

если в данной точке начнет пульсировать электрический заряд (допустим синусоидально) - пульсировать по своему значению, а не в пространстве?

не бывает. В силу сохранения заряда. Излучать может переменный диполь, но не переменный заряд.

[Munin]

suomi 23 в сообщении #1115868 писал(а):

Ну короче - если в данной точке пространства вдруг исчезает (или появляется) нескомпенсированный электрический заряд - с какой скоростью сообщение об этом достигнет края Вселенной?

Разумеется, $c.$ Но это сообщение будет перенесено обычными поперечными волнами.

suomi 23 в сообщении #1115868 писал(а):

И здесь же - какие вообще вторичные поля могут (или должны) возникнуть, если в данной точке начнет пульсировать электрический заряд (допустим синусоидально) - пульсировать по своему значению, а не в пространстве?

Тут надо вспомнить фундаментальный закон электродинамики: закон сохранения заряда. Заряд сам по себе пульсировать по значению не может. Чтобы какой-то заряд пульсировал в какой-то точке, необходимо, чтобы в других точках пульсировал другой заряд, в противофазе. А между этими точками должен протекать ток, туда-сюда. Это неизбежно.

Какие именно поля возникнут - это рассчитывается по стандартной формуле, которая называется
- запаздывающие потенциалы;
- потенциалы Лиенара-Вихерта;
- уравнения Ефименко
в зависимости от деталей.

Если правильно построить пульсирующую систему зарядов (такую, что выполняется закон сохранения заряда), то поля будут такие:
- в ближайшей окрестности этой системы поля будут самые разнообразные переменные, они называются ближним полем, или ближней зоной;
- вдали, на бесконечности, останутся только испущенные волны, это называется дальним полем, дальней или волновой зоной.
В волновой зоне останутся только поперечные электромагнитные волны.

[Dmitriy40]

Добавлю/уточню, любые эволюции системы зарядов полностью и адекватно описываются классической электродинамикой (Максвелла), во всяком случае для макрообъектов. Она прекрасно проработана и не включает никаких продольных электрических или магнитных или электромагнитных волн. И разумеется никто таковые и не ищет. Потому что теория их не требует (вернее запрещает), а фактов отклонений экспериментов от теории пока не зафиксировано.

[Munin]

suomi 23 в сообщении #1115868 писал(а):

И вообще - продольные электрические волны кто-нибудь серьезно искал?

Тут картина такая.

Продольные электромагнитные волны запрещены уравнениями Максвелла. С уточнением: в вакууме. Существуют такие условия не в вакууме, в которых продольные волны возможны, например, плазма. Кроме того, надо довольно строго подойти к определению, что такое волна, - иначе колебания в ближней зоне можно случайно принять за "продольные волны" - продольное поле там будет, но волнами оно не будет распространяться.

Поэтому, можно вести эксперименты в двух направлениях: искать продольные волны сами по себе, и изучать уравнения Максвелла. В том случае, если эксперименты докажут выполнение уравнений Максвелла в каких-то условиях, то это будет автоматически означать отсутствие продольных волн, даже если эксперимент прямо их и не касается, - это будет косвенное экспериментальное свидетельство против.

Уравнения Максвелла были получены в 60-х годах 19 века. Первые опыты с электромагнитными волнами были проведены в 80-х годах. И дальше эта область развивалась примерно до 40-х годов 20 века, когда были изучены в целом все радиодиапазоны, и созданы первые радары. Это изучение не могло опережать инженерных возможностей электроники, поскольку необходимо было создавать в антеннах электрические колебания нужной частоты и мощности, и измерять сигнал с приёмных антенн.

В эту эпоху, были изучены свойства уравнений Максвелла, были сформулированы современные понятия и определения, были изучены свойства волн в веществе. Была обнаружена и изучена ионосфера Земли, влияющая на распространение радиоволн. Были начаты исследования волн в газовом разряде, в плазме, в электровакуумных приборах (с пучками и лучами электронов), в твёрдом теле - они продолжались и дальше, на протяжении всего 20 века. Везде, какую бы среду ни изучали экспериментаторы, всюду успешно работали уравнения Максвелла. Продольные волны либо существовали, либо не существовали, в зависимости от свойств среды.

На микроуровне сначала были опасения, что уравнения Максвелла не будут выполняться на каком-то микроскопическом масштабе. Поэтому физики могли строить предположения, что какие-то явления связаны с нарушением уравнений Максвелла, например, являются продольными волнами какой-то крайне высокой частоты и малой длины волны. Но весьма быстро эти опасения исчезли, по мере того, как выполнение уравнений Максвелла было успешно подтверждено сначала на атомном уровне, потом на уровне атомного ядра, а потом и на уровне элементарных частиц. Примерно к 50-м годам 20 века это было уже хорошо установлено.

Так что, примерно с этих годов, поиски продольных волн становятся уделом псевдонауки. Настоящая экспериментальная физика уже установила, где такие волны есть, а где их нет, и "феноменальные открытия" противоречили бы прежним надёжным экспериментам.