¿Por qué las ondas electromagnéticas no requieren un medio?

Bueno, diría que el campo electromagnético es el medio.

Porque al igual que el medio agua oscila cuando una onda de agua es observable después de lanzar una piedra, así el campo electromagnético oscila cuando es excitado por una antena, digamos. Si nada oscila no hay ondas, ni en el agua ni en el campo electromagnético.

El medio desaparece solo cuando uno piensa en un campo electromagnético como nada, solo un vacío. Pero esta visión liberal del vacío es bastante diferente de la visión del vacío en QED, la teoría aceptada de los campos electromagnéticos. Allí el estado de vacío no posee un campo electromagnético. Más precisamente, su valor esperado, es decir, lo que es observable sobre él, es idénticamente cero.

Sí, tiene toda la razón, pero fue necesaria una revolución intelectual para que los físicos se dieran cuenta de que tenía sentido tener una onda que no fuera el movimiento o la sacudida de algún medio físico, una onda que podría existir igualmente en el espacio vacío.

Toda luz es radiación electromagnética. Pero preguntar «¿Cómo contienen...?» es un poco vago o filosófico. La respuesta correcta es, la luz es el campo.

Por cierto, no hay realmente una diferencia entre el campo eléctrico y el campo magnético, juntos componen un campo electromagnético, y este campo no se puede dividir realmente en dos partes separadas, una eléctrica y otra magnética, porque dos observadores diferentes que se mueven en diferentes direcciones dividirían el mismo campo de manera diferente, lo que uno llamaría eléctrico, el otro observador lo llamaría magnético, mostrando que la división en dos partes es algo artificial.

Finalmente, para responder quizás a lo que realmente quiso decir, cómo la bombilla o lo que sea contiene el campo, la respuesta es que no lo hace exactamente al principio, pero encender la corriente de electricidad que fluye a través del filamento produce movimientos en los electrones en los átomos en el filamento a las velocidades justas para que ese movimiento de la electricidad en los átomos genere un campo magnético y eso inicie todo el proceso. En su principio fundamental, es lo mismo que con una antena de radio, pero la frecuencia del movimiento es diferente, por lo que el campo electromagnético producido es una frecuencia de radio en lugar de una frecuencia de luz, y también hay otras diferencias de detalle. No voy a explicar acerca de cómo los átomos emiten fotones ya que eso, en cierto modo, ya está contenido en lo que dije,

La electricidad y el magnetismo se unieron en el exitoso modelo matemático de las ecuaciones de Maxwell . Antes de eso, se modelaron como fenómenos separados. Estas ecuaciones, la electrodinámica clásica, tuvieron mucho éxito y han dado lugar a la civilización tecnológica que disfrutamos en la actualidad.

Con los estudios del marco microscópico de átomos, moléculas y partículas, la teoría tuvo que ser cuantizada, y se llama electrodinámica cuántica . Los dos marcos para describir los efectos electromagnéticos son consistentes, la descripción clásica emerge suavemente de la mecánica cuántica.

Su pregunta es respondida por Arnold Neumaier dentro del marco cuántico.

Aquí quiero abordar la radiación electromagnética dentro del marco de la electrodinámica clásica.

Las ecuaciones de Maxwell son ecuaciones diferenciales y sus soluciones para los campos eléctrico y magnético también dan una solución de onda.

Las ondas electromagnéticas se pueden imaginar como una onda oscilante transversal autopropagante de campos eléctricos y magnéticos. Esta animación 3D muestra una onda plana polarizada linealmente que se propaga de izquierda a derecha.

Tenga en cuenta que los campos eléctrico y magnético en tal onda están en fase entre sí, alcanzando mínimos y máximos juntos , por lo que, aunque tenga razón en que los campos eléctricos cambiantes generan campos magnéticos cambiantes, y viceversa, la organización de la onda es no causal. La causa es la fuente y después de que la onda abandona la fuente, las correlaciones/fases se fijan según el tipo de onda. Es interesante leer la historia de la electricidad y el magnetismo .

Trabajando más en el problema, Maxwell demostró que las ecuaciones predicen la existencia de ondas de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio vacío a una velocidad que podría predecirse a partir de experimentos eléctricos simples; utilizando los datos disponibles en ese momento, Maxwell obtuvo una velocidad de 310 740 000 m/s. En su artículo de 1864 Una teoría dinámica del campo electromagnético, Maxwell escribió: La concordancia de los resultados parece mostrar que la luz y el magnetismo son afecciones de la misma sustancia, y que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga a través del campo según las leyes electromagnéticas.

En la época, si bien las soluciones de las ecuaciones de Maxwell no requerían un medio para la luz, los físicos que utilizaban ondas desde las acústicas hasta las del agua propusieron que las ondas de luz se movían sobre un medio llamado éter luminífero . Los datos experimentales, el experimento de Michelson Morley , demostraron que el éter no existía. Así que es un hecho experimental que la luz no necesita un medio para propagarse.

Una cosa que me sorprende saber es que la luz también se llama onda electromagnética.

¿Esto incluye luz de algún tipo, por ejemplo: luz de una bombilla, un tubo y también del Sol?

Sí luz de cualquier fuente como visible y también radiación que es invisible al ojo humano, como rayos x, gammas, infrarrojos, etc.

¿Cómo contienen campos eléctricos y magnéticos?

La descripción matemática contiene un campo eléctrico y magnético porque las ecuaciones de Maxwell se expresan en términos de campos eléctricos y magnéticos, y así las soluciones que se han identificado con la luz y todo el resto de radiaciones, también tienen los campos eléctrico y magnético en las funciones.

El vacío es el medio. Tiene muchos grados de libertad, como se desprende de la existencia de la polarización del vacío y de la aniquilación y creación de pares.