¿Las ondas "planas" electromagnéticas son medibles o solo un concepto virtual?

Encuentro que las ondas planas son incompatibles con el cono de luz.

Quizás las ondas planas son "virtuales" y nunca se pueden medir en ese caso, ¿no deberíamos llamar a las ondas planas "ondas planas virtuales"? (otra opción podría ser que las ondas planas permitan que las ondas viajen más rápido que c)

Me gustaría aclarar este punto a través de esta pregunta.

Si existieran ondas planas (como medibles), entonces se podría alcanzar una velocidad superior a c de esta manera:

Una onda que va de X a Y a una velocidad c, llegará a Z a una velocidad mayor que c, porque llegará al mismo tiempo, recorriendo más distancia.

                   (X).
                    |   
                    v   
                  ________________________________________________  
plane waves       ________________________________________________  
going X to Y      ________________________________________________
                   (Y).                                       (Z).

En una situación real, la onda será un círculo (o una esfera en 3d), por lo que obtendrá Z más tarde, entonces no es una onda plana.

Respuestas (4)

Una "onda plana" generalmente se refiere a un frente de onda infinito y perfectamente plano, que por supuesto no puede existir en la realidad. Sin embargo, no hay nada imposible en una onda plana de extensión finita. Tal onda experimentará difracción en sus bordes, por supuesto, pero aún puede propagarse a largas distancias antes de perder su naturaleza plana.

El problema con su pregunta sobre la transmisión de información más rápida que la luz es que si X fuera el único punto que emitiera una onda, entonces sería una onda esférica, no una onda plana. Se puede pensar que una onda plana está compuesta por una superposición de ondas esféricas emitidas en fase desde cada punto en un plano infinito. Entonces, en su ejemplo, la información no estaría llegando a Z desde X, sino desde algún otro punto de origen dentro del pasado causal de Z. En su diagrama, ese punto podría estar a la misma altura que X, pero directamente encima de Z.

Considerar un frente de onda (planar o no) como una superposición de ondas esféricas es la característica central del Principio de Huygens-Fresnel , que sería una buena lectura sobre el tema.

Solo para ilustrar aún más cuán real puede ser una onda plana, cualquier rayo láser bien colimado puede considerarse una aproximación cercana a una onda plana real. Una buena óptica puede producir frentes de onda planos que son perfectos dentro de un nanómetro más o menos.
@Colin K, Entendido, en parte, todavía percibo una contradicción, dijiste "Se puede pensar que una onda plana está compuesta como una superposición de ondas esféricas emitidas en fase desde cada punto en un plano infinito", luego das un ejemplo de "buena óptica" que produce frentes de onda planos, la única explicación que encontré es que el frente de onda nunca puede ser más ancho que el "colimador", ¿no es así? gracias
@HDE: Sí, en realidad no puede tener una onda plana que sea más grande que la apertura de su óptica. Esta onda se puede considerar como una superposición de ondas esféricas emitidas desde todos los puntos de un plano finito, en ese caso. Debería consultar la referencia que voy a editar en mi respuesta en un momento.
@HDE: Además, por "buena óptica" me refiero a óptica de alta calidad. La óptica menos costosa puede colimar un haz y generar frentes de onda más o menos planos, pero es probable que haya algunas desviaciones significativas de la planitud perfecta del frente de onda debido a errores en la forma de las lentes.
@Colin K, bueno +1, luego queda claro a partir de esta respuesta que una sola fuente no puede emitir ondas planas, solo una fuente distribuida en el espacio puede, gracias
@HDE: Eso es técnicamente cierto, aunque a medida que se expande una onda esférica, se acerca cada vez más a una onda plana. La luz de las estrellas puede considerarse una onda plana de esta manera. Realmente sería un frente de onda esférico, pero con un radio de curvatura de muchos años luz. Este es un avión, a todos los efectos prácticos.
@Colin K, volviendo a hacer una última duda, si coloca un colimador entre los puntos X e Y, y el colimador es tan ancho como la distancia dentro de Y y Z, ¿no resultaría en el mismo (más rápido que c) problema? ? ¿Quizás el colimador inserte un retraso?
@HDE: No. Una lente no puede acelerar la iluminación. Es posible que desee consultar physics.stackexchange.com/q/7043/869
@Colin KI no dijo eso ... Dije que la paradoja continúa si un colimador "aplana" la onda manteniendo el mismo esquema que el borrador en la pregunta, mmm quizás la respuesta es que la fuente de onda antes de la lente del colimador debería estar "en el centro" (de distancia YZ) para trabajar, y que hacen desaparecer las paradojas, si la fuente no está en el centro del colimador entonces no aplanará la onda
@HDE: En primer lugar, un colimador no es mágico. Es solo una lente con una distancia focal igual al radio de curvatura del frente de onda esférico. Retrasará la onda en el centro de la lente de modo que tenga el mismo tiempo de vuelo que la onda en el borde. Realmente, la pregunta que cité debería cubrir eso. No quiero crear una milla de comentarios sobre una pregunta.

Una onda plana mi − i ( k X   −   ω t ) es un caso donde la transformada de Fourier de la onda es función delta del momento. La realidad física de una onda plana está entonces algo más en línea con una "ficción" matemática. Por lo general, hay alguna envolvente con la onda, como un paquete gaussiano, que atenúa la onda hasta el "infinito". Sin embargo, la onda plana es útil para ondas con momento bien conocido, o una pequeña dispersión o incertidumbre en Δ k o Δ pag . Además, se puede escribir una onda plana como una suma infinita de funciones de Bessel. Cuando la onda interactúa con un agujero en una pantalla, selecciona algunos de estos componentes según la regla de Kirchoff, y la onda del otro lado de la pantalla es un frente de onda esférico.

El interrogador está considerando fuentes puntuales. Si considera una fuente que es plana, encontrará que, al menos cerca de la fuente, produce ondas planas. Por supuesto, todo esto es solo una aproximación, pero, dado que todo experimento tiene limitaciones de precisión, todo en física es una aproximación.

Tan pronto como su fuente sea X, no hay propagación de onda de Y a Z, cualquiera que sea el aspecto del frente de onda (esférico, plano, etc.).

Sobre la "virtualidad":

Una onda es real si tiene suficiente intensidad, es decir, está formada por muchos fotones. Entonces su detector en Y funcionará tan bien como su detector en Z.

Para una onda de baja intensidad no es el caso y la onda describe la amplitud de probabilidad . Si solo tiene un fotón, solo un detector lo registrará.

Hola, la pregunta dice que Y y Z recibirán -la misma señal- de X, pero retrasada, en caso de frente esférico, y el punto es que si fuera un frente de onda plano recibirían la señal al mismo tiempo, pero es parcialmente respondido en la respuesta de Colin K, estábamos discutiendo ahora el caso de un colimador que produce una onda plana desde una fuente no plana, lea los comentarios en la respuesta de Colin K, gracias
Para un frente de onda esférico, todos los puntos de este frente reciben la señal simultáneamente, pero la señal siempre proviene de la fuente.
por supuesto que la señal proviene de la fuente, la pregunta era si una fuente "podría" generar ondas planas, entonces el tiempo para viajar X->Y sería el mismo que X->Z, por lo que como la distancia es diferente sería conducir a una paradoja superior a c, por lo que entiendo hasta ahora es que existen ondas planas pero una fuente puntual no puede crearlas
¿Las ondas "planas" electromagnéticas son medibles o solo un concepto virtual?
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