¿Por qué las ondas electromagnéticas no requieren un medio para viajar?

Antes de la llegada de las ecuaciones de Maxwell, nuestro pensamiento físico estaba encerrado en el mundo newtoniano de interacciones entre cuerpos con masa. Esa es la única forma en que el cambio, es decir, acciones y reacciones, podría propagarse de un punto a otro. Por lo tanto, el marco de Principia condujo inevitablemente a que una onda se definiera como propagación armónica dentro de una sopa newtoniana. No es que un medio sea fundamentalmente necesario para la matemática de las ondas (piénselo … no hay un “medio” en las funciones seno y coseno). Las ecuaciones de Maxwell presentaron el fenómeno de onda EM sin verse empantanados por la física de masas inerciales, como resultado del cambio complementario autosostenible en los campos eléctricos y magnéticos. Si los fenómenos del campo eléctrico y magnético no requerían un medio, tampoco las ondas EM. Por supuesto, este salto conceptual tardó un tiempo en registrarse completamente. Simplemente muestra cuán grande fue el paso que Maxwell había dado.

Si y no. Hay un medio en el que EM no es “acción espeluznante a distancia”: hay cosas causales que suceden en el espacio y el tiempo entre la emisión y la detección. No hay medio en que no haya nada material en la brecha, ni nada parecido a un material en tener una velocidad bien definida propia. Esto incluye el “espacio absoluto” newtoniano, concebido como compuesto por puntos individuales con identidades e historias individuales, y relaciones de distancia fija con otros puntos, de modo que hay un hecho acerca de si otros objetos se mueven más allá de los puntos.

Más bien, la relatividad tiene una visión de la historia centrada en eventos: el espacio-tiempo es solo historia considerada como eventos, con relaciones casi geométricas directamente entre eventos. Las trayectorias inerciales son líneas rectas a través de la historia, y los relojes son odómetros de espacio-tiempo. La paradoja del gemelo es en realidad un principio fundamental: el gemelo de la tierra, que se mueve inercialmente, tiene el mayor tiempo transcurrido del reloj porque ese es el movimiento inercial.

Y cada evento puede soportar un valor del tensor electromagnético y emparejarse con eventos vecinos para crear nuevos eventos dentro del cono de luz.

Las ondas mecánicas son oscilaciones (variaciones) en medios mecánicos.

Las ondas electromagnéticas son oscilaciones en el campo electromagnético. El campo EM está en todas partes, por lo que actúa como el medio. Permitir que las ondas EM viajen a todas partes.

Incidentalmente, las ondas de gravedad son oscilaciones en el campo gravitacional, que es la curvatura del espacio-tiempo.

En los tiempos antiguos y medievales, los estudiosos y filósofos creían que había un medio que llenaba el espacio del universo. Este medio se llamaba éter o éter, o también quintaesencia.

Más tarde, el concepto de éter se empleó en varias teorías para explicar muchos fenómenos naturales, como el viaje de la gravedad y la luz, y en general la propagación de ondas electromagnéticas. A fines del siglo XIX, los científicos postularon que el éter impregnaba todo el espacio, proporcionando un medio a través del cual la luz podía viajar en el vacío.

Sin embargo, no se encontró evidencia de la existencia de tal medio en el experimento de Michelson-Morley realizado en 1887. Este resultado generalmente se considera la primera evidencia sólida contra la teoría del éter prevaleciente en ese momento, y comenzó una línea de investigación que finalmente condujo a a la relatividad especial, que descarta la existencia de éter.

A pesar de los experimentos que refutan la existencia del éter, a principios del siglo XX el concepto de eather todavía era ampliamente utilizado incluso por los científicos para justificar la propagación de ondas electromagnéticas.
Por ejemplo, en Technical World Magazine , octubre de 1912, Guglielmo Marconi, el inventor del telégrafo inalámbrico, explicó a los lectores que “la transmisión inalámbrica no es más que una cierta vibración del éter. En el éter, cuando lleva el mensaje inalámbrico, se establece una especie de terremoto invisible. Las vibraciones etéricas de cuatrocientos mil millones de ondas en un segundo producen luz roja, el doble de violeta rápido, pero las vibraciones de doscientos millones en un segundo producen las ondas que transportan el mensaje inalámbrico “.
Los planes de Marconi para el mundo (1912)

Nikola Tesla creía que las ondas electromagnéticas se propagan en el éter y que las fuerzas gravitacionales y magnéticas están directamente relacionadas con el éter.

Tomó muchos años y muchos experimentos, pero ahora sabemos que, según la evidencia científica, las ondas electromagnéticas no necesitan un medio para atravesarlas.

Dedicado a mi hijo Maurizio

Esta es una pregunta divertida! Muchas de las otras respuestas han presentado la mayoría de los detalles principales, pero aquí hay sutilezas.

Para reiterar algo lo que se ha dicho, el campo electromagnético (EM), por definición, tiene un valor en cada punto del espacio-tiempo (en algún sistema de coordenadas elegido). Las fluctuaciones (“meneos”) en el campo EM se propagan a través del campo EM que, por supuesto, tiene un valor en todas partes.

Ahora bien podría concebir esto y pensar que esto respalda la idea de un ” éter ” físicamente sustancial a través del cual se propagan las fluctuaciones EM y que el campo EM, que tiene un valor en cada punto en el espacio-tiempo, constituye un éter sustancialmente sustancial. Sin embargo, este no es el caso en absoluto, debido a las simetrías de la teoría de la relatividad de Einstein, y este es el punto sutil. El punto aquí es que, para definir el campo EM, primero debe proporcionarme un sistema de coordenadas para el espacio-tiempo. Lo que esto significa es que, una vez que me proporcione un sistema de coordenadas, ahora puedo comenzar a decir: “este campo tiene un cierto valor en este punto (en su sistema de coordenadas de elección)”, etc. Para tratar de ser claro como el cristal, lo que yo Lo que digo es que para definir el campo electromagnético A ( x, y, z, t ) (digamos), primero debe decirme a qué sistema de coordenadas pertenecen los argumentos ( t, x, y, z ).

Enmarcado de esta manera, es de esperar que sea sencillo ver que un campo clásico (como el campo EM, aquí) no puede ser físicamente más sustancial que el sistema de coordenadas que uno usa para definirlo . Ahora aquí viene Einstein. En su teoría de la relatividad general, los sistemas de coordenadas no son físicos, es decir, las leyes de la física no dependen del sistema de coordenadas de uno . Esto es lo que llamamos el principal de la covarianza general y tiene enormes ramificaciones filosóficas con respecto a nuestras nociones peatonales de espacio y tiempo. En particular, se descarta que el espacio y el tiempo sean físicamente sustanciales, porque las mediciones del espacio y el tiempo (por cualquier observador, ¡tú, yo, el gato, quien sea!) Son completamente artefactos de una elección de coordenadas .

Con esto a cuestas, podemos proclamar inequívocamente que el campo EM no es un éter físicamente sustancial, como uno podría suponer ingenuamente, ya que también está inextricablemente vinculado a una elección de coordenadas, que no es físicamente sustancial, en lo que respecta a la teoría de Einstein. .

No obstante, podemos decir lo que dijimos al principio, a saber, que las fluctuaciones EM se propagan a través del campo EM que, por definición, se extiende por todas partes en el espacio-tiempo, con la importante advertencia de que esta es una noción físicamente insustancial , muy dependiente de las coordenadas. !

(¡Copié y pegué mi respuesta de una pregunta casi idéntica!)

No, no necesitamos ningún medio para que se muevan las ondas electromagnéticas. Hubo un tiempo en que la gente creía que necesitabas un medio, lo que hizo que muchos pensaran que había algún tipo de medio en el espacio llamado “Éter luminífero”. Pensaron que esto permitiría que la luz en forma de onda se propague a través del espacio, pero el experimento de Michelson-Morley demostró que la hipótesis era incorrecta. Esto sucedió a fines del siglo XIX.

No hay medio en el espacio, la luz no lo requiere. En realidad, es cierto que la luz se mueve más lentamente en medios que en un vacío, pero nunca requiere un medio para poder moverse.

Fuente de la imagen: Éter luminífero – Wikipedia

Debido a que consisten en campos eléctricos y magnéticos. Antes de los descubrimientos a principios del siglo XX, los científicos creían que las ondas electromagnéticas necesitaban un medio para viajar, pero esta opinión se vio afectada por el experimento de Michelson-Morley (utilizó la rotación de la Tierra alrededor del Sol), eso demostró que, si el éter hubiera existido

, debería moverse simultáneamente con la Tierra, y no sería uniforme. Este experimento también demostró que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador y cualquier fuente de luz, esto condujo a las ecuaciones de Lorentz-Einstein, importantes en la relatividad El hecho de que la velocidad de la luz en el vacío es la misma ha sido predicha por la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell, cuyas 4 ecuaciones predicen las mismas fuerzas, independientemente del observador.

Si producimos un cambio periódico en el campo eléctrico, produce un campo magnético que cambia periódicamente en el espacio cercano. Tal campo magnético, a su vez, produce campos eléctricos que cambian periódicamente más en el espacio y esto continúa más y más en el espacio y decimos que la onda em se está propagando.

Como los campos eléctricos y magnéticos pueden establecerse en el espacio, las ondas em no requieren medio material.

Los campos eléctricos y magnéticos existen en el vacío (una caja o un dipolo experimenta fuerza / par en el vacío en un espacio en el que existe un campo) y, por lo tanto, un campo electromagnético sinusoidalmente dinámico que viaja en dicho espacio no necesita tener un medio.

También, honestamente, el “vacío” gracias a la física moderna está mal definido.

Por la forma en que funcionan los campos eléctricos y magnéticos. Si observa algo llamado “ecuaciones de maxwells”, mostrará que los campos eléctricos y magnéticos están estrechamente conectados.

Un campo eléctrico cambiante crea un campo magnético. El campo eléctrico original y el campo magnético se mueven hacia afuera. No se requiere medio. El campo magnético cambiante crea un campo eléctrico … otra vez no hay medio. Este ciclo se repite y se repite

Los mecanismos autosostenibles de los campos eléctricos y magnéticos que se propagan son lo que les permite viajar sin un medio.

No requiere un medio porque la radiación EM no es real. Los fotones son particulados con masa real:

Partículas subatómicas de David Wrixon EurIng sobre la gravedad cuántica explicada

Explicando la periodicidad y la fisión de las partículas de masas escalares por David Wrixon EurIng en la gravedad cuántica explicada

Esto se debe a que el espacio tiene una permeabilidad magnética absoluta ([matemática] \ mu_o [/ matemática]) y una permitividad eléctrica ([matemática] \ epsilon_o [/ matemática]) que permite que las ondas em sean inducidas y propagadas. Esto significa que el espacio libre tiene propiedades dieléctricas y magnéticas y, a través del proceso de inducción, podemos inducir densidades de flujo eléctrico y magnético dentro del espacio libre, lo que sugiere que hay algún medio o mecanismo que lo permite en presencia de inducción.

En cuanto a qué y por qué es esto, es probable que haya muchas teorías y debates, pero lo que sí sabemos es que funciona y, como muchas cosas, no siempre es necesario comprender completamente algo para que las cosas funcionen para beneficio de uno. Tenga en cuenta que tanto [math] \ mu_o [/ math] como [math] \ epsilon_o [/ math] pueden ser tridimensionales.

No, porque las ondas electromagnéticas, como las ondas gravitacionales, son un trabajo realizado contra las fuerzas que provienen de las interacciones entre partículas. Estas interacciones existen como fuerzas restauradoras en el vacío.

Solo porque los físicos no pudieron descubrir un medio lógico, simplemente asumieron que las ondas electromagnéticas no requieren un medio de propagación. Por la misma razón, tenemos “acciones a distancia a través del espacio vacío”. ver: ‘MATERIA (reexaminada)’.

Requieren un medio. Se llama campo electromagnético. Simplemente no está hecho de materia, como estás acostumbrado.