¿Es correcto decir que las ondas electromagnéticas no requieren un medio?

Puedo concebir que exista una partícula en el espacio-tiempo vacío, pero no una onda. Una ola me parece al menos, para insistir en un medio para su definición misma.

Tengo entendido que los físicos del s. XIX postularon el éter luminífero por esta misma razón, pero lo abandonaron en favor del campo electromagnético.

En los libros de texto que he mirado, siempre se dice que los físicos eventualmente entendieron que una onda no necesariamente requiere un medio. Pero me parece que abandonaron la idea de un medio concebido mecánicamente (supongo que debido al alto prestigio de la mecánica newtoniana, su estatus como paradigma fundamental y definitorio que privilegia nuestra comprensión ingenua e intuitiva del fenómeno mecánico) por un medio concebido de una manera más general.

Después de todo, este campo impregna el espacio-tiempo y su estado evoluciona a través del tiempo. Así es como ingenuamente concebiría un medio en un sentido general.

Debería agregar que esto es quizás más una pregunta de historia de la física, y he agregado una etiqueta como tal para evitar que la gente se enoje.

Tal vez debería cambiar el título, ya que parece tener poco que ver con lo que realmente está preguntando.
¿Qué tiene de malo una onda en el espacio vacío?
@zephyr: Está destinado a ser un título un poco provocativo. Cuando se me ocurra uno mejor, lo cambiaré.
@Zalcman: Si no ve un problema, dígame, ¿cómo describiría su forma y su movimiento en el espacio vacío?
con las ecuaciones de Maxwell?
@zephyr: ¿Las ecuaciones de Maxwells no requieren un campo EM en todo el espacio? En cuyo caso el espacio no está vacío.

Respuestas (3)

En el electromagnetismo clásico, una vez que eliges un marco de referencia, los campos eléctrico y magnético tienen un valor en cada punto del espacio-tiempo. La evolución temporal de estos campos obedece a las ecuaciones de Maxwell. Eso es todo lo que hay que decir al respecto; Dudo que seguir filosofando te lleve a alguna parte.

Puede decir "hay un medio" o "no hay un medio" y no cambia nada a menos que proporcione más detalles sobre lo que eso significa. Me parece que quieres decir "hay un medio", pero toda la física seguirá siendo exactamente la misma que para las personas que dicen "no hay un medio". En ese caso es un punto discutible. Medio místico indefinido o no, los radiotelescopios funcionarán igual. Por otro lado, el éter, tal como se concibió a fines del siglo XIX, hizo predicciones concretas sobre cosas como experimentos con interferencias, y esas predicciones estaban equivocadas.

Puede considerar una física más moderna que el electromagnetismo clásico, pensando en la radiación EM ya sea en la relatividad general o como un fenómeno cuántico. Si haces esto, quizás encuentres una analogía que te resulte más atractiva. Pero, en última instancia, la física es una descripción matemática de la naturaleza, no una interpretación antropomórfica particular. Cuando la acción es grande en comparación con la constante de Planck y cuando las distancias son grandes en comparación con el radio de Bohr dividido por la constante de estructura fina, el electromagnetismo clásico funciona muy bien y no veo la necesidad de introducir conceptos adicionales. Si te hace sentir mejor describir la existencia de campos electromagnéticos como "ser un medio", que así sea. Por un lado, puedo prescindir.

Estás poniendo palabras en la boca. No creo que la noción de un medio sea mística, ¿o está diciendo que estos físicos del siglo XIX que discutían esta cuestión y usaban la palabra "medio" estaban siendo místicos? Estoy más interesado en comprender la continuidad del pensamiento entre los conceptos antiguos y nuevos. Después de todo, no abandonaron la idea de una onda en un medio para ir a una partícula en el espacio-tiempo vacío explicación de la luz. Es decir, estoy pensando históricamente y no puramente físicamente, como parece pensar que estoy haciendo.
Esa continuidad de pensamiento fue interrumpida por el experimento de Michelson-Morley.

Lo que coloquialmente se llama "espacio vacío" no está realmente vacío: está lleno por el campo electromagnético y el campo gravitacional; se llama vacío solo porque no contiene campos de materia (distintos de cero).

El electromagnético es el medio que transporta ondas electromagnéticas, como el campo de densidad del aire (coloquialmente llamado "aire") transporta ondas de sonido y el campo de densidad del agua (coloquialmente llamado "agua") transporta ondas de agua.

De hecho, las ondas electromagnéticas no son más que propagar oscilaciones de alta frecuencia en los campos eléctricos, exactamente de la misma manera que las ondas sonoras propagan oscilaciones de alta frecuencia en el campo de presión del aire (o cualquier otro medio mecánico), y las ondas de agua son propagando oscilaciones de baja frecuencia en el campo de densidad de masa del agua.

Mediante el uso de las ecuaciones de Maxwell, se puede demostrar que la electricidad y el magnetismo de alguna manera deberían tener un comportamiento ondulatorio. Incluso predice la velocidad de las ondas electromagnéticas (y, por lo tanto, naturalmente, debería conducir a un medio para que las ondas electromagnéticas se propaguen, ¿o no?) Que es un número constante. ¡Pero el problema exactamente es este! ¿Con respecto a qué marco de referencia esa velocidad es una constante? (La expresión de la velocidad de la luz solo contiene la permitividad y la permeabilidad del espacio, que son constantes).

Ok, ¿qué sucede si asumimos un medio?

Si asumimos que el medio ('éter') es un marco de referencia inercial, inmediatamente nos encontramos con problemas, porque nuestra expresión predice una velocidad constante. En teoría, la velocidad de la luz ('C') es una constante, y también lo es en el experimento (intente medir C en laboratorios moviéndose a diferentes velocidades en el mismo instante, siempre obtendrá el mismo valor para C). Si seguimos creyendo en la existencia del éter, tendremos que suponer que, de alguna manera, el éter está siempre en reposo con respecto a nuestro laboratorio, sin importar qué tan rápido se mueva, ¡lo cual es totalmente injusto! Entonces, ¿es el éter un marco de referencia no inercial? ¡No! Mida C en un marco inercial, ¡siempre permanece constante!

Entonces, si asumimos la existencia de dicho medio por más tiempo, tendremos que admitir que no puede considerarse ni como un marco de referencia inercial ni como un marco de referencia no inercial. ¡Algo que asumimos debe estar mal!