Sähkömagneettisen aallon olemus

[QS]

Videon veijari suorastaan riemastuneena selittää oppimaansa . Hyväntuulista sähkömagnetismia.

Edellisestä viestistäni jäi jostain välistä pois oleellinen sana, piti olla:

Energia saadaan, kun energiatiheys integroidaan tilavuuden yli. Energia on skalaari.

[Eusa]

Koska ne on poikittaisia, energian suunta on poikittain

Asia lukuisia kertoja käsitelty ketjussa: Energia on skalaari, jolla ei ole suuntaa. Jos energiaa tarkastellaan relativistisesti, niin voidaan karkeasti sanoa, että energia on aika-akselin suuntainen. Mutta Lorentz-voima on peräisin aallon liikemäärätiheydestä.

Lorentz-voima työntää poikkisuunnassa

Samoin lukuisia kertoja todettu: Ei poikittaissuunnassa, vaan vektorin suunta määräytyy \(\vec F = q(\vec E + \vec v \times \vec B)\).

Ai Lorentz-voima liittyykin liikemäärään. Joka tapauksessa aaltoliike on poikittaista. Kun aalto luodaan, tehdään työtä poikittaissuunnassa. Eli tuupataan elektronia poikittaissuunnassa, tämä vaatii energiaa, huomaatko, energia on poikittaista? Ja kun elektronin kenttä tuottaa aallon, se erkautuu voimakkaimmin juuri sen kyljestä, ei keulasta tai perästä. Seuraavaksi se matkustaa valon nopeudella erkautumissuuntaan (Poyntingin suunta). Absorbtiossa se taas todennäköisimmin menee sivuttain ja jos absorboituu elektroniin niin tekee työtä sivusuunnassa eli energia menee sivulle eikä suoraan Poyntingin suuntaan. Poyntingin suunta on "rahdin" suunta mutta lopullinen suunta on eri asia. Syy skalaarin suunnan puuttumiseen on vasen- ja oikeakätisyys, värähtelijää on vaikea tehdä värähtelemään vain yhteen ja samaan suuntaan josta seuraa se että värähtelee yhtä paljon "vasemmalle" kuin "oikealle".

 

No joo. Ehkä ymmärrän mitä tarkoitat. "Poikittainen energia" on kyllä ehkä hieman epäonnistunut ilmaus. 

Poyntingin vektorillehan käy niin että se ensin kääntyy kohti elektronia ja sitten kutistuu olemattomaksi, jos kaikki energia menee elektroniin. 


Vaan mitäs jos elektroni ei voi liikkua poikittais-suunnassa, mutta pitkittäis-suunnassa voi, vieläpä helposti? QS taisi esittää tämmöisen kysymyksen.

Joo siis, jos elektroni ei voi liikkua sivusuunnassa, niin siihen ei voi kohdistua pitkittäis-suuntaista voimaa. Koska pitkittäis-suuntaisen voiman synty-mekanismi on se mikä on selitetty tässä videossa:


Siis se mekanismi oli se että se elektroni heiluu poikittaisesti em-aallon magneettikentässä ja kokee siksi pitkittäisen lorentz-voiman. 

Pitkittäis- tai poikittaissuunta muille kuin invarianteille liikkeille (kiihtyvyys ja valo) ovat tarkasteluvalinta, niin elektronillekin.

[pähkäilijä]

Ai Lorentz-voima liittyykin liikemäärään.

Kyllä. Voima on vektori, joka määritellään siten, että se on liikemäärävektorin muutosnopeus per aikayksikkö. Kun varauksen liikemäärä muuttuu, niin samalla sm-kentän liikemäärä muuttuu, jotta kokonaismuutos on nolla. Liikemäärän säilymisen laki.

Joka tapauksessa aaltoliike on poikittaista. Kun aalto luodaan, tehdään työtä poikittaissuunnassa. Eli tuupataan elektronia poikittaissuunnassa, tämä vaatii energiaa, huomaatko, energia on poikittaista?

Höpö höpö. Energialla ei ole suuntaa. Lisäksi asia, jota en nyt jatkossa enää toista, joten kirjoita muistiipanoihin: Klassiseen sähkömagneettiseen aallolla on energiatiheys ja energiavuo (energian siirto per pinta-ala per aikayksikkö, teho per pinta-ala), joista jälkimmäisellä on suunta. Se on vektori. Energia saadaan, kun energiatiheys tilavuuden yli. Energia on skalaari.

Energialla ei ole suuntaa isossa mittakaavassa mutta kun zoomataan tarpeeksi, siirrytään yksityiskohtiin. Yksityiskohdissa on vasen- ja oikeakätisiä tapahtumia. Mistä sen tietää? Siitä että elektroni jarrutetaan/kiihdytetään kahteen eri suuntaan, eikö se juuri tuota "kätisyyttä"? Mutta koska vasen ja oikea vektorit kumoaa toisensa, niillä ei ole suuntaa isossa mittakaavassa.
Eli käy kuin kuutiometrin laatikossa oleville superpalloille joilla on 100% kimmoisuus, kun sinne ladataan 10 oikeaa 10 vasempaa vektoria, pallojen törmäysnopeudet kasvaa mutta laatikko pysyy paikallaan hievahtamatta.

[Aadolf]

Kuinka taajuus voisi laskea jos c nopeus pitää aallot tarkalleen samoilla etäisyyksillä toisistaan?

Valonnopeus on laakeassa avaruudessa kaikkialla c, mutta kaarevassa avaruudessa vain paikallisesti. Suuremmalla kaareutuneen avaruuden alueella kahden pisteen välillä se on muuta kuin c.

Punasiirtymä (taajuuden pieneneminen) voidaan johtaa helposti Schwarzschildin metriikasta, joka on siis kaareutuneen avaruuden metriikka.

Aha onko se sama kuin Shapiro-viive? Täytyy sulatella. Tässä vaan on se erikoisuus että mistä tulee alkusyy dilaatiolle? Eli onko alkusyy kehäpäätelmä? Tarkoitan jos Schwarzschild oletti avaruuden kaarevaksi ja koska se on kaareva niin siitä seuraa dilaatio. Toisaalta kyllä uskon että Schwarzschild oli oikeassa. Kyllähän tuo selittäisi dilaation mikä on helpotus kun olen nyt 2 vuotta ihmetellyt asiaa.

Olkoon planeetalla vuoristorata, joka ulottuu kauas avaruuteen. Rataan on kiinnitetty valokuitukaapeli. Olkoon valokuitu tehty lasista, jossa valo etenenee nopeudella 0.9999 c.

Lähettäkäämme nyt radan ylimmästä pisteestä valopulssi em. kaapeliin. Samaan aikaan lähetämme radan ylimmästä pisteestä vuoristoratavaunun, joka on rakennuttu niin, että se pitää vakio-etäisyyden em. valopulssiin. Niin ja siinä vaunussa matkustaa sähköllä varattu kissa.

No tässä nyt sitten voidaan havaita "Shapiro-viive" valopulssin kierroksessa radan ympäri, "Shapiro-viive" vaunun kierroksessa radan ympäri, "puna-siirtymä" varatun kissan em-säteilyssä, ja sitten vielä semmoinen asia että em. kissa on nuorempi kuin identtinen kaksosensa, joka matkusti nopeudella 0.9999 c vaikkapa karusellin kyydissä, siis se karuselli on siinä vuoristoradan ylimmän kohdan vieressä.

Tämä stoori varmaan selvittikin asiat.

[pähkäilijä]

Kuinka taajuus voisi laskea jos c nopeus pitää aallot tarkalleen samoilla etäisyyksillä toisistaan?

Valonnopeus on laakeassa avaruudessa kaikkialla c, mutta kaarevassa avaruudessa vain paikallisesti. Suuremmalla kaareutuneen avaruuden alueella kahden pisteen välillä se on muuta kuin c.

Punasiirtymä (taajuuden pieneneminen) voidaan johtaa helposti Schwarzschildin metriikasta, joka on siis kaareutuneen avaruuden metriikka.

Aha onko se sama kuin Shapiro-viive? Täytyy sulatella. Tässä vaan on se erikoisuus että mistä tulee alkusyy dilaatiolle? Eli onko alkusyy kehäpäätelmä? Tarkoitan jos Schwarzschild oletti avaruuden kaarevaksi ja koska se on kaareva niin siitä seuraa dilaatio. Toisaalta kyllä uskon että Schwarzschild oli oikeassa. Kyllähän tuo selittäisi dilaation mikä on helpotus kun olen nyt 2 vuotta ihmetellyt asiaa.

Olkoon planeetalla vuoristorata, joka ulottuu kauas avaruuteen. Rataan on kiinnitetty valokuitukaapeli. Olkoon valokuitu tehty lasista, jossa valo etenenee nopeudella 0.9999 c.

Lähettäkäämme nyt radan ylimmästä pisteestä valopulssi em. kaapeliin. Samaan aikaan lähetämme radan ylimmästä pisteestä vuoristoratavaunun, joka on rakennuttu niin, että se pitää vakio-etäisyyden em. valopulssiin. Niin ja siinä vaunussa matkustaa sähköllä varattu kissa.

No tässä nyt sitten voidaan havaita "Shapiro-viive" valopulssin kierroksessa radan ympäri, "Shapiro-viive" vaunun kierroksessa radan ympäri, "puna-siirtymä" varatun kissan em-säteilyssä, ja sitten vielä semmoinen asia että em. kissa on nuorempi kuin identtinen kaksosensa, joka matkusti nopeudella 0.9999 c vaikkapa karusellin kyydissä, siis se karuselli on siinä vuoristoradan ylimmän kohdan vieressä.

Tämä stoori varmaan selvittikin asiat.

Shapiro-viive on alemmalla gravitaatiopotentiaalilla ilmenevä asia, eli jos mittaus tehdään siellä ylhäällä avaruudessa niin sen alapuolella potentiaali on alhaisempi. Sensijaan jos mittaus tehdään planeetan pinnalla, syntyisi Shapiro-edistys jossa vauhti saattaisi ylittää c-nopeuden?? Tai kuinka voidaan kuvata tapahtumahorisontista vapaan avaruuden tapahtumat kun oma aika on pysähtynyt vapaan avaruuden näkökulmasta? Jos aika on pysähtynyt mutta suhteellisuusperiaate vaatii että tapahtumahorisontin aika on normaalia, niin silloin vapaa avaruus on muuttuja. Tämä muutos tarkoittaa että siellä ikuisuus pakataan nollaan sekuntiin. Jos näin on, astronautti näkee vapaan avaruuden häviävän silmänräpäyksessä lämpökuolemaan.
 Kun palataan Shapiro-edistykseen niin c-nopeus näyttäisi rikkoutuvan kirkkaasti eli se olisi mahdollista. Mutta on kaksi erilaista c-nopeutta:
- kaukana oleva c-nopeus
- havaitsijan näkemä c-nopeus
Havaitsijan näkemä c-nopeus on aina vakio mutta kaukainen voi vaihdella.

[Aadolf]

Tässä olisi vaan tämmöinen kysymys:

Jos ammumme pitkään putkeen vuorotellen elektroneja ja positroneja nopeudella 0.99999999999999 c, voidaanko putken ulkopuolella jotenkin mitata että putkessa ja putken ulkopuolella ei kulje em-aalto? EM-aaltohan voi kai olla hyvinkin kummallisen muotoinen.

 

[Eusa]

Tässä olisi vaan tämmöinen kysymys:

Jos ammumme pitkään putkeen vuorotellen elektroneja ja positroneja nopeudella 0.99999999999999 c, voidaanko putken ulkopuolella jotenkin mitata että putkessa ja putken ulkopuolella ei kulje em-aalto? EM-aaltohan voi kai olla hyvinkin kummallisen muotoinen.

Riippuu onko putki johde vai eriste.

[QS]

Tässä olisi vaan tämmöinen kysymys:

Jos ammumme pitkään putkeen vuorotellen elektroneja ja positroneja nopeudella 0.99999999999999 c, voidaanko putken ulkopuolella jotenkin mitata että putkessa ja putken ulkopuolella ei kulje em-aalto? EM-aaltohan voi kai olla hyvinkin kummallisen muotoinen.


 

Jännä kysymys. En ole varma vastauksesta, mutta päättelen.

Jos ammutaan vain 2 hiukkasta, e⁺ ja e^-, joiden etäisyys äärellinen, niin vuorovaikutuksen seurauksena niiden välinen etäisyys pienenee, ja ainakin hetkellisesti aalto (erikoisen muotoinen tosin) muodostuu kiihtyvyyden seurauksena, ja lopulta annihiloituvat, josta varmasti pari fotonia.

Vuorotellen kun näitä ampuu jatkuvasti ja tasavälein, niin pysyvät tasaisesti jakautuneena, kun 2 hitusten vuorovaikutukset kumoutuvat. Pitkässä hiukkasjonossa aaltoa ei kai muodostu, paitsi ehkä putken päissä.

Tuossa on peräkkäin asetettu sähköisiä dipoleita, mutta systeemi tuskin säteilee silläkään perusteella, että lepokoordinaatistossa säteilyä ei ole, kun kaikki varaukset ovat paikallaan.

En kyllä tiedä miten mittausjärjestely tehtäisiin.

[Eusa]

Tässä olisi vaan tämmöinen kysymys:

Jos ammumme pitkään putkeen vuorotellen elektroneja ja positroneja nopeudella 0.99999999999999 c, voidaanko putken ulkopuolella jotenkin mitata että putkessa ja putken ulkopuolella ei kulje em-aalto? EM-aaltohan voi kai olla hyvinkin kummallisen muotoinen.


 

Jännä kysymys. En ole varma vastauksesta, mutta päättelen.

Jos ammutaan vain 2 hiukkasta, e⁺ ja e^-, joiden etäisyys äärellinen, niin vuorovaikutuksen seurauksena niiden välinen etäisyys pienenee, ja ainakin hetkellisesti aalto (erikoisen muotoinen tosin) muodostuu kiihtyvyyden seurauksena, ja lopulta annihiloituvat, josta varmasti pari fotonia.

Vuorotellen kun näitä ampuu jatkuvasti ja tasavälein, niin pysyvät tasaisesti jakautuneena, kun 2 hitusten vuorovaikutukset kumoutuvat. Pitkässä hiukkasjonossa aaltoa ei kai muodostu, paitsi ehkä putken päissä.

Tuossa on peräkkäin asetettu sähköisiä dipoleita, mutta systeemi tuskin säteilee silläkään perusteella, että lepokoordinaatistossa säteilyä ei ole, kun kaikki varaukset ovat paikallaan.

En kyllä tiedä miten mittausjärjestely tehtäisiin.

Mittarin tila sähkökentässä määrittää mitä mitataan. Jos mittari liikkuu samaa nopeutta kuin ko varaukset, eipä värähdä.

[QS]

Mittarin tila sähkökentässä määrittää mitä mitataan. Jos mittari liikkuu samaa nopeutta kuin ko varaukset, eipä värähdä.

Sähkömagneettinen aalto tarkoittaa sitä, että se toteuttaa lähteettömän Maxwellin yhtälön. Muuttuva sähkökenttä ei vielä tarkoita sm-aaltoa. Tässä kysyttiin nimen omaan sm-aallon olemassa oloa ja mittaamista.