¿Qué transporta el campo eléctrico a través del espacio?

Una carga estacionaria "crea" un campo eléctrico constante (pero no uniforme) a su alrededor, y una carga en movimiento "crea" un campo eléctrico variable a su alrededor. ¿Qué "lleva" la información sobre la existencia de una carga estacionaria o en movimiento a través del espacio?

En particular, ¿los fotones están necesariamente involucrados en el proceso?

El campo electromagnético. Los cargos son las fuentes y los campos son la respuesta. A su vez, las cargas responden a los campos... y ahí es donde calcular las cosas se convierte en un trabajo duro. Sin embargo, probablemente estés buscando una respuesta menos trivial.
@CuriousOne, ¿simplemente quiere decir "una fuerza desde la distancia"?
La electrodinámica es una teoría completamente local.
@CuriousOne No estoy limitando la pregunta a la electrodinámica
En ese caso, aún termina con teorías locales que describen el efecto local.
@CuriousOne Wikipedia: The concept of locality is that, for an action at one point to have an influence at another point, something in the space between the points, such as a field, must mediate the action. To exert an influence, something, such as a wave or particle, must travel through the space between the two points, to carry the influence.- ¿Qué es exactamente esta "mediación" y qué es el "algo"?
@Sparkler El campo clásico existe en todos los puntos intermedios y evoluciona de una manera completamente local, con el cambio en el valor del campo en una ubicación completamente determinada por la variación espacial de los valores del campo en ese punto (y la corriente en ese punto). Exactamente como se explica en mi respuesta a v1 de su OP.
Ese algo se llama campo electromagnético. ¿Pensé que era obvio? ¿Qué estás buscando? ¿El éter? Lo hemos exorcizado hace un tiempo.
@CuriousOne por campo EM, ¿te refieres a fotones?
No, me refiero al campo electromagnético.
@CuriousOne ¿no hay partículas subyacentes en absoluto?
Las partículas son un fenómeno emergente. Bueno, en realidad son solo huellas de partículas... pero a la gente le gusta confundir una con la otra.
@CuriousOne Si no hay partículas, ¿de dónde viene la energía del campo?
No tengo idea de por qué se necesitaría una partícula (que es una elección de un físico para ignorar el tamaño real de un objeto físico) para poder realizar un trabajo. Tus preguntas no tienen ningún sentido lógico para mí.
@CuriousOne physics.stackexchange.com/questions/70054 /... implica que el campo eléctrico son fotones, ¿no?
¿Se supone que debo encontrar algo especial en esa pregunta?
Lea sobre "Los fotones son partículas compuestas" y más en detalle sobre "Estructuras unidimensionales complejas del espacio".

Respuestas (4)

Macroscópicamente hablamos de campos eléctricos y magnéticos que siguen la teoría clásica de las ecuaciones de Maxwell.

Una carga estacionaria "crea" un campo eléctrico constante (pero no uniforme) a su alrededor, y una carga en movimiento "crea" un campo eléctrico variable a su alrededor. ¿Qué "lleva" la información sobre la existencia de una carga estacionaria o en movimiento a través del espacio?

En la teoría clásica no hay necesidad de "transportar" campos eléctricos y magnéticos estacionarios, las ecuaciones atribuyen campos a cargas y momentos magnéticos que no necesitan "transportarse". Los campos describen el comportamiento de cargas y dipolos. Para campos variables, las matemáticas de la teoría clásica aceptan que se propagan como ondas electromagnéticas en el vacío con velocidad c, sin necesidad de medio. La teoría se ajusta perfectamente a los datos.

En particular, ¿los fotones están necesariamente involucrados en el proceso?

El electromagnetismo clásico es una teoría emergente de la electrodinámica cuántica subyacente. . Allí el fotón es una partícula elemental de masa cero y espín 1, que viaja con velocidad c y es portador de interacciones electromagnéticas, ya sea en forma virtual o real. Una enorme cantidad de fotones construyen la onda electromagnética clásica, como se demuestra aquí .

Entonces sí, los fotones están necesariamente involucrados como portadores de las interacciones EM.

¿Es esa la razón por la que todos los objetos emiten en el IR? (La energía vibratoria de los átomos crea un campo electromagnético alterno) en caso afirmativo, ¿cómo es esto consistente con la relajación no radiativa (conversión interna, relajación vibratoria)?
@Sparkler Sí, la radiación del cuerpo negro es la emisión de fotones de los campos derramados en la materia a granel. Las conversiones internas, etc. pertenecerían a los intercambios de fotones virtuales.

Esta pregunta ilustra una diferencia crucial entre los campos fundamentales y los cotidianos.

Los campos cotidianos se forman promediando muchas partículas. Por ejemplo, considere una onda de sonido en el aire. No es más que una onda en el 'campo de desplazamiento': dice que en un punto, el aire se estira, mientras que en otro punto, se comprime.

Pero si se acerca completamente, hasta el nivel de las moléculas de aire individuales, ¡encontrará que nada se estira ni se aplasta en absoluto! De hecho, si observa una sola molécula de aire en algún momento, no tendrá idea de si está en una onda de sonido o no. Solo vemos ondas sonoras cuando promediamos las posiciones de muchas moléculas de aire; las moléculas individuales forman el campo.

Los campos fundamentales, como el campo electromagnético, no son de la misma manera. Tales campos no están hechos de nada; ¡No los construimos con piezas más pequeñas! En particular, el campo electromagnético no está "hecho de" fotones como el aire está hecho de moléculas de aire. Este concepto erróneo sugiere que si te deshicieras de todos los fotones en una región, el campo electromagnético dejaría de existir allí, lo cual es totalmente falso.

Una mejor analogía es que los fotones son como ondas de sonido. Puedes silenciar una habitación, pero el aire seguirá estando allí; De manera similar, el campo electromagnético como entidad todavía existe cuando no hay fotones.

Entonces, para responder a su pregunta: el campo electromagnético transporta ondas electromagnéticas. Las ondas están hechas de fotones; no están siendo transportados por fotones.

Entonces, ¿el campo eléctrico y el magnético están hechos de la nada? No pensar en esto no significa que sea así. La pregunta muestra nuestro desconocimiento sobre este fenómeno.
Bajo la física estándar. Dado que el OP preguntó sobre los fotones, supongo que eso es lo que querían saber.

Diría fotones, ya que son mediadores de la interacción electromagnética. Pero yo no diría que algo lleva información sobre la carga estacionaria o en movimiento, es solo el campo en sí mismo, ya que está cambiando en el origen y se está propagando en c. Entonces, el cambio de campo en un cierto punto lejos de la fuente no es inmediato, hay un retraso. Y solo después de ese tiempo descubres que la carga se está moviendo.

¿están los fotones necesariamente involucrados en el proceso?
Si la respuesta se expresa en términos de teoría cuántica de campos, entonces sí, hay fotones involucrados: fotones virtuales. Lea "QED: La extraña teoría de la luz y la materia" de Richard Feynman; Los videos de las conferencias originales están disponibles en línea.

Las corrientes y los campos magnéticos son los que crean cambios en los campos eléctricos. Sin ellos, los campos eléctricos permanecen igual.

Y son los campos eléctricos los que hacen que los campos magnéticos cambien, sin ellos, los campos magnéticos permanecen igual.

En particular aquí están las ecuaciones explícitas para el campo electromagnético y

∂ mi → ∂ t = 1 ϵ 0 ( − j → + 1 m 0 ∇ → × B → )
le dice a la parte eléctrica del campo cómo cambiar y
∂ B → ∂ t = − ∇ → × mi →
le dice a la parte magnética del campo cómo cambiar.

Entonces, si tuviera una carga que siempre había estado en reposo en el origen, el campo magnético inicialmente podría ser 0 → y el campo eléctrico podría ser inicialmente q r ^ 4 π ϵ 0 | r → | 2 y luego, si movieras la carga, tendría una corriente que haría que cambiara el campo eléctrico y el nuevo campo eléctrico podría hacer que cambiara el campo magnético. El nuevo campo magnético podría hacer que el campo eléctrico cambie y así sucesivamente, como un efecto dominó que se expande a la velocidad de la luz. Cada campo cambia en el tiempo en función de la variación espacial de los valores de campo a su alrededor.

¿Hay fotones involucrados en el proceso?
@Timaeus, solo está citando 2 de las 4 ecuaciones de Maxwell. ¡Los 4 son necesarios para describir el campo EM! en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_ecuaciones
@Anael cité las ecuaciones de evolución, las ecuaciones de restricción son imposiciones sobre las condiciones iniciales, no te dicen cómo cambian las cosas en el tiempo. Y la pregunta no era sobre qué tipos de condiciones iniciales están permitidas, sino sobre cómo se crean las cosas. Los nuevos campos se crean a partir de los viejos campos de acuerdo con las ecuaciones de evolución.
@Timaeus, ¡Qué error, no estaba claro en mi primera lectura!
@Sparkler, la combinación de las ecuaciones de Maxwell da como resultado una ecuación de onda que describe la propagación del campo EM. Los fotones en particular son una discretización de la energía transportada por esas ondas.
@Anael, ¿entonces los fotones siempre están involucrados? en otras palabras, ¿es el fotón el portador del campo eléctrico?
@Anael No, un campo electromagnético clásico corresponde solo a un tipo particular de estado multifotónico. Pero el OP debe hacer nuevas preguntas cuando el OP tiene nuevas preguntas. Este no es un sitio en el que tiene una pregunta por persona y la edita cada vez que tiene una nueva idea, invalidando así las respuestas existentes a su pregunta original.
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