¿El espacio tiene que estar lleno de partículas cargadas para transportar ondas electromagnéticas?

Soy un novato aquí, así que ten piedad.

Estoy estudiando ondas electromagnéticas. Esta es la propagación de energía a través de la vibración de partículas cargadas, tal como yo lo entiendo.

Una partícula cargada podría ser como un protón, que tiene una carga positiva. Así que estoy imaginando un "universo" simplificado que simplemente existe a lo largo de una línea bidimensional, una larga cadena de protones.

Puedes enviar energía de un extremo a otro de este espacio haciendo vibrar esta cuerda de partículas cargadas. Tal vez esto podría hacerse "levantando" un protón en un extremo del espacio, y eso afectaría al próximo protón a lo largo de la cuerda de manera similar, solo que menos, para crear una onda.

Puedes mover tu extremo del espacio hacia arriba y hacia abajo tan rápido como quieras. Si lo mueve lentamente, crea ondas largas (de cresta a cresta). Si mueve su protón en su extremo rápidamente, produce ondas cortas.

Pero no importa qué tan rápido o lento levantes tu protón hacia arriba y hacia abajo, la onda que creas (ya sea más larga o más corta) siempre llegará al otro extremo del espacio al mismo tiempo. En otras palabras, no puedes controlar qué tan rápido viaja tu onda a través del espacio, solo puedes controlar la forma de la onda en sí. La energía transmitida viaja siempre a la misma velocidad (C, la velocidad de la luz).

Levante su protón hacia arriba y hacia abajo lentamente y produzca una onda de radio. Levántalo hacia arriba y hacia abajo muy rápido y producirás una onda de rayos X. Levántelo hacia arriba y hacia abajo en algún lugar en el medio, y obtendrá una onda de luz.

Aquí hay un problema con el que estoy luchando. Si podemos ver la luz emitida por estrellas que están a años luz de nosotros, eso debe significar que cada parte del espacio a lo largo de esa línea de visión está llena de partículas cargadas, ¿verdad?

Si es así, ¿qué son estas partículas cargadas? ¿Está el espacio lleno de partículas en todas direcciones, en todos los lugares? No son protones y electrones, ¿tal vez partículas cargadas más elementales como los quarks?

Así que el espacio no está vacío, está repleto de partículas cargadas. El "tejido" del espacio-tiempo está "hecho de algo", y ese algo debe tener una carga positiva o negativa.

¿Es esta una línea de pensamiento correcta, o me estoy perdiendo alguna idea fundamental aquí? Gracias por tu ayuda.

Respuestas (2)

No, una onda electromagnética no es una vibración de partículas cargadas. Es una vibración del campo electromagnético. Entonces, para que una onda EM se propague a través del espacio, no necesita ninguna partícula en el espacio; todo lo que necesita es un campo electromagnético, y ciertamente es el caso de que un campo EM llena todo el espacio. (De hecho, esa es la definición física de un campo: algo que asocia un valor con cada punto en el espacio) La vibración de una partícula cargada puede iniciar una onda electromagnética, al igual que sacudir el extremo de una cuerda puede iniciar una oscilación en la cuerda, pero una vez que comienza, la onda sigue propagándose independientemente de lo que le suceda a la partícula.

El escenario que estás describiendo, donde los protones que vibran se transmiten energía entre sí, en realidad se parece más a una onda de sonido.

Una cosa que vale la pena mencionar: la teoría del campo cuántico predice que las ondas electromagnéticas pueden causar polarización en el vacío , lo que (más o menos) se puede considerar como pares de partículas-antipartículas que aparecen y desaparecen en todo el espacio a medida que pasa la onda. Pero la onda no es transportada por vibraciones de estas partículas, por lo que la existencia de polarización en el vacío no cambia lo que dije en mi primer párrafo.

Ok, genial, eso ayuda en realidad. Entonces, la energía se puede propagar a través de un campo EM. No necesitas partículas cargadas para transportar la energía. Solo necesita el campo EM, cuyo espacio ciertamente está lleno (supongo que aquí, de su respuesta). Supongo que estoy luchando con la idea de un "campo" como algo sin masa. Si la energía es masa por velocidad, no puedes tener energía sin masa, ¿verdad? Sé que estoy perdido aquí, pero me estás llevando por el camino correcto, creo...
Bueno, solo tendrás que hacerte a la idea de que hay cosas en el universo que no tienen masa ;-) Echa un vistazo a esta pregunta y quizás a esta para obtener más información sobre campos. Además, hay muchos tipos diferentes de energía, solo algunos de los cuales están relacionados con la masa. Entonces ciertamente puedes tener energía sin masa. Si todavía está confundido, no dude en mencionarlo en la sala de chat. Estaré feliz de discutirlo en detalle cuando tenga algo de tiempo.
@DavidZ ¿Por qué si las ondas EM llenan todo el espacio, generalmente se representan como ondas localizadas que se propagan en alguna dirección, como en esta imagen en el enlace wiki?
@Moisés porque una onda plana es idéntica en todas las demás líneas paralelas a la línea representada. Cualquier otra línea es una copia de esa línea, en algún sentido. Entonces, mostrar el comportamiento de la onda a lo largo de una sola línea le brinda toda la información importante que necesita saber sobre la onda (dado que es una onda plana). Además, la imagen se abarrotaría mucho si intentaras dibujar todo.

¡No!

No necesita partículas cargadas para la propagación de ondas EM. El mecanismo que está diciendo sobre las cargas vibratorias es para medios físicos como el vidrio o el agua. Incluso en el vacío, las ondas EM pueden viajar.

Para saber cómo, debe buscar el teorema de Maxwell, donde explica la propagación de ondas EM a través de la regeneración de campos eléctricos y magnéticos.

Ok, gracias, investigaré el teorema de Maxwell. Sé que cualquier partícula cargada emite un campo eléctrico y magnético (que se puede visualizar en diferentes direcciones, por ejemplo, campo eléctrico a lo largo del eje x y campo magnético a lo largo del eje y). Pero aun así, ¿eso no nos devuelve al principio? Tiene que haber una partícula cargada allí para emitir esos campos...
no, en realidad, cambiar el campo eléctrico crea un campo magnético y viceversa. En el vacío, no necesitas nada para crearlos, son mutuamente autosuficientes.
Sin embargo, ¿qué genera el campo EM? ¿Está diciendo que la energía se puede transmitir en el vacío en un "espacio" que está bordeado por partículas cargadas? El campo EM debe venir de alguna parte...
¿El espacio tiene que estar lleno de partículas cargadas para transportar ondas electromagnéticas?
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