Sähkömagneettisen aallon olemus

[QS]

Kyllä, amplitudi määrittää energian absorbtion määrän per yksi absorbtio. Mutta itse koko aallonhuipun energia on vissiin aina vakio.

Aallon energia määräytyy energiatiheydestä, joka on amplitudin funktio. Dipolissa amplitudi pienenee kääntäen verrannollisesti etäisyyteen (1/r). Aallossa ei ole pistemäistä energiaa, vaan energia saadaan, kun energiatiheys integroidaan tilavuuden suhteen.

Yksinkertaisen dipolin, ja sen säteilykentän energiatiheys on \(u(t,r,\theta)=\frac{k^4\mu^2\sin^2\theta}{4\pi r^2}\cos^2(kr-\omega t)\), missä \(\omega\) on värähtelyn kulmataajuus, \(k = \omega/c\) on aaltovektori, ja \(\mu\) on dipolimomentti. Energiatiheys pienenee etäisyyden neliönä (1/r²).

Dipolin välittömässä läheisyydessä on lisäksi dipoliin liittyvän sähkökentän energiatiheys, joka pienenee peräti suhteessa 1/r⁶.

Kun halutaan säteilykentän energia, niin edelliset integroidaan tilavuuden suhteen, ja saadaan säteilyn energia ajan funktiona, jota voi merkitä \(U(t)\).

Hidas kiihdytys tuottaa matalaenergisiä fotoneita, raju gammafotoneita. Ainakin itse sanoit että fotonien energia on riippuvainen kiihdytyksestä.

Kyllä, perusperiaate on, että säteilyteho ja fotonien energia kasvaa, kun sen emittoivan hiukkasen kiihtyvyys kasvaa. Fotonilla on jossain mielessä pistemäinen energia, koska fotoni on kvanttikentän energiakvantti.

En ymmärrä miksi amplitudi pienenee 1/r ja energiatiheys 1/r^2. Käsitteenä amplitudi on arvoitus. 1/r^2 on sama kuin valon kirkkauden pieneminen 4x kun etäisyys on 2x. Tämä on luonnikasta. Mutta 1/r on ehkä matemaattinen olio?

Siksi, että energiatiheys \(u(t,r,\theta)\) riippuu amplitudin neliöstä, eli siis \(u \sim E^2 + B^2\). Amplitudit \(E\) ja \(B\) ovat kääntäen verrannollisia etäisyyteen, eli siis \(1/r\). Energiatiheys \(u\) ja myös intensiteetti ovat kääntäen verrannollisia amplitudin neliöön, eli \(1/r^2\).

Se on totta, että klassisen sm-aallon amplitudi on abstrakti ja matemaattinen ominaisuus, ja sitä ei voida suoraan edes mitata. Mittaaminen tapahtuu aallon ja aineen vuorovaikutuksen kautta, ja silloin mitataan energiaa, tehoa tai jotain muuta suuretta, kuten Lorentzin voimaa. Näistä voidaan sitten laskea aallon teoreettinen amplitudi.