¿Es la dirección del campo eléctrico relativa al campo magnético en una onda electromagnética una convención?

Si tuviera que cambiar la dirección del campo magnético en la imagen de arriba, describiría la luz que se propaga en la dirección opuesta, así que no, de esta manera, su dirección no es una convención.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la dirección del campo magnético es una convención a un nivel más fundamental. Representa un plano orientado perpendicular a su dirección a través de una regla de orientación. Si todos decidiéramos usar la "regla de la mano izquierda" en lugar de la regla de la mano derecha para el producto vectorial, entonces el campo magnético apuntaría en la dirección opuesta. Es un campo bivector o pseudovector .

El campo eléctrico es un campo vectorial verdadero. Al menos en la descripción tridimensional, que es en sí misma una convención (muy decente), siempre que reconozcamos que esta imagen depende de nuestro marco de referencia.

En la imagen de cuatro dimensiones, los campos eléctricos y magnéticos pueden entenderse como un solo campo bivector , de modo que la elección del marco de referencia determina una división de este bivector en planos independientes "temporales" (eléctricos) y "espaciales" (magnéticos).

Eso puede ser más de lo que estaba buscando originalmente, pero creo que esta pregunta es un buen punto de entrada a muchas de las otras elecciones de representación que hacemos en física.

La dirección de los campos de una onda electromagnética no es convencional sino que está determinada por las ecuaciones de Maxwell . Para el caso particular de una onda electromagnética plana de frecuencia angular$\omega$en el vacío, que se puede representar con la imagen que publicaste, las ecuaciones de Maxwell requieren que el vector de onda$\boldsymbol{k}$, el campo eléctrico$\boldsymbol{E}$y la densidad de flujo magnético$\boldsymbol{B}$obedecer las relaciones (el punto representa el producto escalar y la cruz el producto vectorial)

Esto significa que$\boldsymbol{k}$,$\boldsymbol{E}$y$\boldsymbol{B}$son tres vectores ortogonales y que la dirección de cualquiera de ellos está determinada por los otros dos. Por lo tanto, no, no puede reflejar el campo magnético en la imagen.

Tenga en cuenta que si fuera posible reflejar solo el campo magnético, entonces, por superposición, podría construir una onda que tenga un campo eléctrico distinto de cero pero un campo magnético cero.

Las flechas apuntan en la dirección "positiva" de los campos. Qué dirección es "positiva" es arbitrario (se puede decir que la dirección "positiva" en un campo eléctrico en la dirección en la que aumenta la energía potencial eléctrica para una partícula cargada positivamente, pero qué carga es "positiva" es en sí misma una convención ). Además, esas convenciones se eligen de forma independiente. Sin embargo, una vez que se eligen esas convenciones, las direcciones de los campos para una onda electromagnética son fijas. Entonces, si está preguntando si las convenciones podrían haberse elegido de tal manera que el campo magnético se invirtiera, la respuesta es "sí". Si está preguntando si podemos invertir el campo magnético, sin afectar ninguna de las otras convenciones de la física, la respuesta es "no".

B se define por la expresión de la fuerza de Lorentz. En notación covariante, esto se escribe como$f^\nu = j_\mu F^{\mu\nu}$, dónde

${\displaystyle F^{\mu \nu }={\begin{bmatrix}0&-E_{x}/c&-E_{y}/c&-E_{z}/c\\E_{x}/c&0&-B_{z}&B_{y}\\E_{y}/c&B_{z}&0&-B_{x}\\E_{z}/c&-B_{y}&B_{x}&0\end{bmatrix}}.}$

Uno puede ver esto como una definición de la fuerza de Lorentz como$\vec f = q \vec E + q \vec v \times \vec B$, así como$\vec E$y$\vec B$.

Se puede reemplazar B por -B, o E por -E. Esto sería inútil ya que las cantidades físicas medibles como fuerzas y energías no cambiarían. Los estudiantes tendrían que aprender definiciones engorrosas como "$\vec E$es lo contrario de la fuerza por carga".

Los electrones en una varilla de antena, acelerados en una dirección, emiten fotones con el mismo giro de sus componentes de campo eléctrico y magnético. Esto es obvio, ya que las antenas receptoras podrían estar hechas de una barra para recibir el campo eléctrico cambiante o podrían estar hechas de un anillo (disponible solo en el wiki alemán) para recibir el campo magnético. Si se aceleran en la misma dirección, los electrones tendrían un giro en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj, uno no podría usar el componente magnético (porque ambas variaciones se cancelarán).

No estoy seguro, pero creo que los protones y los positrones tendrán el giro opuesto a los electrones y antiprotones. La aclaración de los especialistas será agradable.