Sé que hay muchas preguntas que son similares (¿tal vez idénticas?). No soy físico ni estudiante, solo me interesa la física y he estado viendo muchos canales de física en YouTube recientemente en mi tiempo libre.
Aquí hay una pregunta (casi) idéntica: ¿Por qué las ondas electromagnéticas no requieren un medio?
Aquí hay una respuesta a esta pregunta:
Bueno, diría que el campo electromagnético es el medio.
No entiendo esto: ¿cómo puede algo ser el medio para sí mismo?
Realmente no creo que las respuestas a estas preguntas aborden los puntos específicos de confusión que tengo, así que intentaré hacer la pregunta de manera un poco diferente.
¿Cómo puede la luz (o la radiación electromagnética) viajar a través del vacío cuando no hay nada que actúe como medio y hacerlo para siempre en todas las direcciones? Por ejemplo, la luz que proviene de una estrella a millones de años luz de distancia.
Con el agua, por ejemplo, me resulta fácil ver cómo una onda puede dispersarse sobre la superficie en todas las direcciones y viajar mientras la energía de la onda no se disipe. Las moléculas en el agua actúan como el medio y están oscilando y empujando a todas las moléculas vecinas causando un efecto dominó hacia el exterior.
Pero, ¿qué está haciendo la luz?
Una idea que tuve fue que, si la luz está hecha de algo, simplemente se mueve hacia afuera desde el punto de origen en cualquier dirección en la que se dirigía la luz.
Lo que me lleva a los fotones...
Aquí está el primer párrafo de Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Photon
Un fotón es una partícula elemental, el cuanto de luz y todas las demás formas de radiación electromagnética, y el portador de fuerza de la fuerza electromagnética, incluso cuando está estática a través de fotones virtuales. Los efectos de esta fuerza son fácilmente observables tanto a nivel microscópico como macroscópico, porque el fotón no tiene masa en reposo; esto permite interacciones a largas distancias. Como todas las partículas elementales, los fotones actualmente se explican mejor por la mecánica cuántica y exhiben dualidad onda-partícula, exhibiendo propiedades tanto de ondas como de partículas. Por ejemplo, un solo fotón puede ser refractado por una lente o exhibir interferencia de onda consigo mismo, pero también actuar como una partícula dando un resultado definido cuando se mide su posición.
Entonces... tal vez los fotones forman la luz, y simplemente se disparan a través del espacio como una onda, pero en realidad no es una onda física (como un sonido o una onda de agua), ¿simplemente "actuando como tal"?
Aquí hay un video de minutephysics: https://www.youtube.com/watch?v=Q_h4IoPJXZw
El video habla de la dualidad onda-partícula de un electrón. Entonces, un solo electrón puede actuar como una onda, pero cuando golpea algo, golpea solo en un lugar. ¿Es lo mismo para los fotones?
Experimento mental : en el vacío del espacio hay una enorme esfera hueca de 1 año luz de radio. En el interior solo hay vacío, y en el centro exacto se emite un destello de luz en todas las direcciones desde una fuente puntual. 1 año después, la luz incide en la esfera en todos los lugares a la vez.
¡Eso es 12,6 (o 4 veces pi) años luz al cuadrado de superficie a cubrir! ¿Cómo puede haber suficientes fotones para golpear cada punto dentro del área de superficie de esta enorme esfera? Entiendo que muy poca luz incidiría tan lejos, pero incluso si no fuera cero, al menos algo de luz incidiría.
¿O tal vez esto depende de qué tan grande fue el flash? ¿Quizás no llega a todos los puntos?
Si la luz realmente está hecha de fotones y actúa como una onda, pero cada fotón incide en un solo lugar, entonces me parece que debe haber una cantidad infinita de fotones en ese destello de luz para incidir en tantos lugares dentro de la esfera.
Pero eso debe ser imposible, así que debe haber una falla en mi razonamiento.
Bueno, diría que el campo electromagnético es el medio.
No entiendo esto: ¿cómo puede algo ser el medio para sí mismo?
La luz no es solo un campo electromagnético. La luz (es decir, los fotones) es una onda --- una alteración o perturbación --- en un campo electromagnético. Al igual que para la gravedad, los campos aparentemente impregnan el espacio. Incluso las partículas masivas (por ejemplo, los quarks o los electrones) pueden describirse (o verse) como ondas en campos subyacentes.
Entonces... tal vez los fotones forman la luz, y simplemente se disparan a través del espacio como una onda, pero en realidad no es una onda física (como un sonido o una onda de agua), ¿simplemente "actuando como tal"?
Lo que está llamando una 'onda física' es una propiedad emergente de un medio subyacente (por ejemplo, aire, agua). En su mayor parte, tal onda emergente es básicamente lo mismo que una onda en un campo. Las 'ondas físicas' a menudo se denominan ' cuasipartículas ', debido a esta similitud. Lo que consideramos como 'partículas' (por ejemplo, electrones) no solo 'se comportan como ondas', también son ondas, de ahí la ' dualidad onda-partícula '.
¿Cómo puede la luz (o la radiación electromagnética) viajar a través del vacío cuando no hay nada que actúe como medio y hacerlo para siempre en todas las direcciones? Por ejemplo, la luz que proviene de una estrella a millones de años luz de distancia.
Se observa que la luz viaja a una velocidad v=c, de acuerdo con el segundo postulado de la relatividad especial . Pero según los principios de la relatividad especial, la luz no viaja, y por eso no se necesita ningún medio:
La línea de mundo de la luz es similar a la luz, y los intervalos de espacio-tiempo similares a la luz son cero (vacíos). Eso significa que el impulso que se transmite por interacción electromagnética desde el evento de emisión al evento de absorción debe cruzar un intervalo cero, ambos eventos son adyacentes en el espacio-tiempo. Pero cruzar un intervalo cero obviamente no es viajar.
Sin embargo, los intervalos de espacio-tiempo no se pueden observar. Lo que observamos en el diagrama de espacio-tiempo de nuestro observador son fotones que viajan a lo largo del cono de luz. Un intervalo de espacio-tiempo cero puede corresponder en nuestro diagrama a una distancia de miles de millones de años luz, y esta línea espacial recorrida, que es un mero producto de nuestra observación, está "llena" de ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas son los testigos observables del intervalo de espacio-tiempo cero invisible.
Emilio Pisanty