Sähkömagneettisen aallon olemus

[Eusa]

Hei Disputator,

《offtopic》Jos et halua julkisesti osoittaa virhettäni, voithan lähestyä yksityisviestillä ja kertoa mikä mättää, niin oikaisen ja korjaan.《/offtopic》

Sulla oli ketjun alkupuolella pohdintaa siitä kuinka tyhjässä aika-avaruudessa magneettikentän ja sähkökentän voimakkuudet vaihtelevat. Kun kuitenkin kyse on näkökulmailmiöstä - se mikä toiselle näyttää magneettiselta voimakkuudelta, on toiselle sähköistä voimakkuutta - eikö johtopäätökseni, että kausaalisessa jatkumossa on globaali (antipodaaleina kiertävä) vaiheresonanssi, joka pohjimmiltaan mahdollistaa sähkömagnetismin, ole ihan perusteltu väite? Pääsin tästä perustason yhteisymmärrykseen mm. S. Hossenfelderin kanssa...

[Aadolf]

Sopivasti tuli vastaan tämä, joka käsittelee sähkömagnetismin monia kasvoja:

Siis videossa mainittu äärettömän pitkä kela pystyy emittoimaan äärettömän pitkäaaltoisia virtuaalisia fotoneja, joiden määrä on luonnollisesti äärettömän monta kappaletta sekunnissa.

Nämä fotonit sitten muuttavat kvanttiaallon nopeutta muuttamalla 'väliaineen' 'optista' 'tiheyttä' jotenkin.

[Heikki R]

Otsikko
"sähkömagneettisen aallon olemus"
perustuu osin olettamukseen että sähkömagneettinen aalto ei olisi ainetta.

Mitään aineetonta emme voi havaita, mitata, nähdä, kuulla, tuntea, tai mitenkään mitata mittalaitteella, yleismittari, satelliitti, peiliantenni,jne.
Mistään aineettomasta emme voi tehdä matemaattisesti numeerisesti määriteltävää, kappalemäärää, painoa, liikenopeutta, energiaa, voimaa, jne.
Kaikki mitä voimme havaita, tutkia, mitata, laskea, määritellä, perustuu aineeseen, eli on olemassa.

Ehkä kannattaisi muuttaa otsikon kysymyn tällaiseksi;

Ainehiukkasen määrällinen liikkuminen.
- määrän mittaaminen
- liikenopeuden mittaaminen

Radioaalto, eli ns.sähkömagneettinen aalto, se on yksinkertaisesti;
Ainehiukkasten määrän vaihtelua.

Atomiteorian mukaisesti ehkä elektroni-kokoisen ainehiukkasten määrän vaihtelua tai sitten ehkä pienempää fotonikokoa tai jotain kuutta hiukkaskokoa.

Magneettivuohan ei ole aineetonta, vaan sekin on, hiukkasmassan määrällistä virtausta.
Joko elektroni-kokoisen tai pienemmän.

Miten sitten sähkövirtaus, eli hiukkasmassan virtaus vaikuttaa magneettivuohon?
Olettakaamme että sähkövirtaus on hiukkas S.
Magneettivuo on hiukkas M.
No, magneetti M virtaa määrällisesti vakiomääräisesti (ei värähtelyä)
Sähköä S ei johtimessa tällöin vielä liiku.
Magneettivuon hiukkasmassa M määrä vaihtelee (värähtelyä on)
Sähkö S alkaa johtimessa virtaamaan.

Sähkö S siis tulee johtimeen liikkumaan silloin kun magneettivuo M on määrällisesti muuttuvaa.
Miksi näin käy?
Oletukseni on että se että niin M ja S on samaa hiukkasta, ainehiukkasta, nimeän se vaikka Ö.
Tällöin herää kysymys;
Miksi tämä Ö hiukkanen kulkiessaan saman määräisenä johtimen ohi ei vielä mene johtimeen,
mutta kun sen määrä vaihtelee siitä osa siirtyy johtimeen kulkemaan sähkövirtana?

Mitä siis tapahtuu kun magneettivuo kohtaa sähköjohtimen?
Miksi Ö siirtyy johtimeen kulkemaan?
Oletan että se on täysin johtimen rakenteesta johtuva ilmiö.

Jos voisimme tehdä sellaisen ainerakenteen joka päästää värähtelemättömän magneettivuon sisään johtimeen,
saisimme tasavirtaa helposti maapallon magneettivuosta. Siis ilman sähkögeneraattoria ja paikallisesti kaikkialta missä magneettivuo liikkuu ja on.
Se se olisi aikamoinen keksintö. Ja mahdollinen myös.

[QS]

Sopivasti tuli vastaan tämä, joka käsittelee sähkömagnetismin monia kasvoja:

Siis videossa mainittu äärettömän pitkä kela pystyy emittoimaan äärettömän pitkäaaltoisia virtuaalisia fotoneja, joiden määrä on luonnollisesti äärettömän monta kappaletta sekunnissa.

Nämä fotonit sitten muuttavat kvanttiaallon nopeutta muuttamalla 'väliaineen' 'optista' 'tiheyttä' jotenkin.

Ajatellaan tuo äärettömän pitkä solenoidi, ja sen sähkömagneettinen energia-liikemäärätensori (wikistä poimittuna)

\(\displaystyle T^{\mu\nu}=F^{\mu\alpha}F^\nu{_\alpha}-\frac 1 4 \eta^{\mu\nu}F_{\alpha\beta}F^{\alpha\beta}\)

Komponentit riippuvat sähkömagneettisen tensorin komponenteista \(F^{\mu\nu}\). Nyt kuitenkin tiedetään, että solenoidin ulkopuolella kaikissa pisteissä \(F^{\mu\nu} = 0\), tai perinteisemmin \(\mathbf E(x) = \mathbf B(x) = 0\). Tämän seurauksena energiatiheys \(T^{00}=0\) ja myös kaikki liikemääräkomponentit \(T^{ij}=0\).

Kun sähkömagneettinen kenttä kvantisoidaan, niin tuo \(T^{\mu\nu}\) on periaatteessa samaa muotoa. Kun tensori on nolla, niin kenttään ei liity energiaa/liikemäärää kuljettavia fotoneita. Tilanne on siis sama kuin klassisessa teoriassa.

[Eusa]

Sopivasti tuli vastaan tämä, joka käsittelee sähkömagnetismin monia kasvoja:

Siis videossa mainittu äärettömän pitkä kela pystyy emittoimaan äärettömän pitkäaaltoisia virtuaalisia fotoneja, joiden määrä on luonnollisesti äärettömän monta kappaletta sekunnissa.

Nämä fotonit sitten muuttavat kvanttiaallon nopeutta muuttamalla 'väliaineen' 'optista' 'tiheyttä' jotenkin.

Ajatellaan tuo äärettömän pitkä solenoidi, ja sen sähkömagneettinen energia-liikemäärätensori (wikistä poimittuna)

\(\displaystyle T^{\mu\nu}=F^{\mu\alpha}F^\nu{_\alpha}-\frac 1 4 \eta^{\mu\nu}F_{\alpha\beta}F^{\alpha\beta}\)

Komponentit riippuvat sähkömagneettisen tensorin komponenteista \(F^{\mu\nu}\). Nyt kuitenkin tiedetään, että solenoidin ulkopuolella kaikissa pisteissä \(F^{\mu\nu} = 0\), tai perinteisemmin \(\mathbf E(x) = \mathbf B(x) = 0\). Tämän seurauksena energiatiheys \(T^{00}=0\) ja myös kaikki liikemääräkomponentit \(T^{ij}=0\).

Kun sähkömagneettinen kenttä kvantisoidaan, niin tuo \(T^{\mu\nu}\) on periaatteessa samaa muotoa. Kun tensori on nolla, niin kenttään ei liity energiaa/liikemäärää kuljettavia fotoneita. Tilanne on siis sama kuin klassisessa teoriassa.

Jatkaakseni ajatustasi klassiseen suuntaan: energia on suhteellista ja rakenne eli invariantit eroavuudet absoluuttista. Pelkästään sähkömagneettista energiatilaa tarkastelemalla ei voi päätellä mihin tyhjö suoralle sähkömagnetismille piiloon jäävästi kykenee välillisesti sähkömagnetismiin kuuluvien ilmiöiden kontrolloimiseksi.

[Aadolf]

Sopivasti tuli vastaan tämä, joka käsittelee sähkömagnetismin monia kasvoja:

Siis videossa mainittu äärettömän pitkä kela pystyy emittoimaan äärettömän pitkäaaltoisia virtuaalisia fotoneja, joiden määrä on luonnollisesti äärettömän monta kappaletta sekunnissa.

Nämä fotonit sitten muuttavat kvanttiaallon nopeutta muuttamalla 'väliaineen' 'optista' 'tiheyttä' jotenkin.

Ajatellaan tuo äärettömän pitkä solenoidi, ja sen sähkömagneettinen energia-liikemäärätensori (wikistä poimittuna)

\(\displaystyle T^{\mu\nu}=F^{\mu\alpha}F^\nu{_\alpha}-\frac 1 4 \eta^{\mu\nu}F_{\alpha\beta}F^{\alpha\beta}\)

Komponentit riippuvat sähkömagneettisen tensorin komponenteista \(F^{\mu\nu}\). Nyt kuitenkin tiedetään, että solenoidin ulkopuolella kaikissa pisteissä \(F^{\mu\nu} = 0\), tai perinteisemmin \(\mathbf E(x) = \mathbf B(x) = 0\). Tämän seurauksena energiatiheys \(T^{00}=0\) ja myös kaikki liikemääräkomponentit \(T^{ij}=0\).

Kun sähkömagneettinen kenttä kvantisoidaan, niin tuo \(T^{\mu\nu}\) on periaatteessa samaa muotoa. Kun tensori on nolla, niin kenttään ei liity energiaa/liikemäärää kuljettavia fotoneita. Tilanne on siis sama kuin klassisessa teoriassa.

Mun lähde on tämmönen kommentti sen videon alla: (se loppuosa nimenomaan)

Physicist here. The key idea behind the Aharonov–Bohm effect is sorting out what is truly measurable in quantum physics.
In quantum field theory, only gauge-invariant (independent of unphysical shifts of the potential) quantities can be observed. For a long time, we thought those were only local things like electric and magnetic fields.
Aharonov and Bohm showed something deeper: there are also global, loop-based quantities that are perfectly physical. When an electron can go left or right around a solenoid, the measurable quantity isn’t what happens at a single point - it’s the whole loop formed by both paths. This loop quantity (called a Wilson loop) produces the famous phase shift.
That’s why the effect feels “nonlocal”: it depends on the entire trajectory, not a single interaction. In that sense, it’s a topological effect.
But here’s the twist: there is also a fully local explanation. In quantum field theory, this global phase can be understood as arising from an enormous number of tiny local interactions - an ongoing exchange of extremely low-energy (“soft”) virtual photons between the electron and the solenoid. Add them all up, and you recover the same phase.
So the Aharonov-Bohm effect is both global in outcome and local in mechanism - two complementary views of the same physics.

[Eusa]

Sopivasti tuli vastaan tämä, joka käsittelee sähkömagnetismin monia kasvoja:

Siis videossa mainittu äärettömän pitkä kela pystyy emittoimaan äärettömän pitkäaaltoisia virtuaalisia fotoneja, joiden määrä on luonnollisesti äärettömän monta kappaletta sekunnissa.

Nämä fotonit sitten muuttavat kvanttiaallon nopeutta muuttamalla 'väliaineen' 'optista' 'tiheyttä' jotenkin.

Ajatellaan tuo äärettömän pitkä solenoidi, ja sen sähkömagneettinen energia-liikemäärätensori (wikistä poimittuna)

\(\displaystyle T^{\mu\nu}=F^{\mu\alpha}F^\nu{_\alpha}-\frac 1 4 \eta^{\mu\nu}F_{\alpha\beta}F^{\alpha\beta}\)

Komponentit riippuvat sähkömagneettisen tensorin komponenteista \(F^{\mu\nu}\). Nyt kuitenkin tiedetään, että solenoidin ulkopuolella kaikissa pisteissä \(F^{\mu\nu} = 0\), tai perinteisemmin \(\mathbf E(x) = \mathbf B(x) = 0\). Tämän seurauksena energiatiheys \(T^{00}=0\) ja myös kaikki liikemääräkomponentit \(T^{ij}=0\).

Kun sähkömagneettinen kenttä kvantisoidaan, niin tuo \(T^{\mu\nu}\) on periaatteessa samaa muotoa. Kun tensori on nolla, niin kenttään ei liity energiaa/liikemäärää kuljettavia fotoneita. Tilanne on siis sama kuin klassisessa teoriassa.

Mun lähde on tämmönen kommentti sen videon alla: (se loppuosa nimenomaan)

Physicist here. The key idea behind the Aharonov–Bohm effect is sorting out what is truly measurable in quantum physics.
In quantum field theory, only gauge-invariant (independent of unphysical shifts of the potential) quantities can be observed. For a long time, we thought those were only local things like electric and magnetic fields.
Aharonov and Bohm showed something deeper: there are also global, loop-based quantities that are perfectly physical. When an electron can go left or right around a solenoid, the measurable quantity isn’t what happens at a single point - it’s the whole loop formed by both paths. This loop quantity (called a Wilson loop) produces the famous phase shift.
That’s why the effect feels “nonlocal”: it depends on the entire trajectory, not a single interaction. In that sense, it’s a topological effect.
But here’s the twist: there is also a fully local explanation. In quantum field theory, this global phase can be understood as arising from an enormous number of tiny local interactions - an ongoing exchange of extremely low-energy (“soft”) virtual photons between the electron and the solenoid. Add them all up, and you recover the same phase.
So the Aharonov-Bohm effect is both global in outcome and local in mechanism - two complementary views of the same physics.

Kappas vain - tuohan on täysin vastaavaa ΦBSU:n kanssa. Käytän ilmaisua 4-granulaation naapuruusvälitteinen globaali vaihe Φ. Milloin tuo teksti on laadittu?

Tosiaan, sanotkin olevan tuon videon kommentti - eli n. viikko sitten kirjoitettu; hyvin kiteytetty.

[QS]

The key idea behind the Aharonov–Bohm effect is sorting out what is truly measurable in quantum physics.
In quantum field theory, only gauge-invariant (independent of unphysical shifts of the potential) quantities can be observed.

Tämä on totta, havaittavat fysikaaliset suureet ovat mitta-invariantteja.

For a long time, we thought those were only local things like electric and magnetic fields.

Tämäkin totta, sillä Aharonov–Bohm ilmiö on 'perinteisen fysiikan' menetelmin epälokaali ilmiö, ja se on riittävällä tarkkuudella kokeellisesti vahvistettu. Ilmiö on uskottava, ja sen matemaattinen perusta on vahva.

Mutta oleellista on myös se, että kyseessä ei ole sähkömagneettinen ilmiö dynamiikan osalta. Tähän viittasin aiemmin, kun totesin, että energia-liikemäärätensori on jykevästi nolla, ja dynamiikka puuttuu.

Aharonov and Bohm showed something deeper: there are also global, loop-based quantities that are perfectly physical. When an electron can go left or right around a solenoid, the measurable quantity isn’t what happens at a single point - it’s the whole loop formed by both paths. This loop quantity (called a Wilson loop) produces the famous phase shift.

Ei-niin-perinteisesti ajateltuna vektoripotentiaali on yhtä fysikaalinen kuin lokaali sähkömagneettinen tensori (E- ja B-kentät). Mainittu Wilsonin silmukka on mitta-invariantti operaattori, ja jos ei olisi mitta-invariantti, niin ei kuvaisi havaittavaa fysikaalista ilmiötä. En tosin tunne Wilsonin silmukan A-B ilmiöön liittyviä teknisiä detaljeja.

That’s why the effect feels “nonlocal”: it depends on the entire trajectory, not a single interaction. In that sense, it’s a topological effect.

Näin on.

But here’s the twist: there is also a fully local explanation. In quantum field theory, this global phase can be understood as arising from an enormous number of tiny local interactions - an ongoing exchange of extremely low-energy (“soft”) virtual photons between the electron and the solenoid. Add them all up, and you recover the same phase.

Tähän suhtautuisin kriittisesti. Varatun hiukkasen kvanttimeknaaninen vaihe, joka nähdään interferenssikokeessa, on seuraus vektoripotentiaalin (tai Wilsonin silmukan) kytkeytymisestä vaihekertoimeen, joka muuttuu. Kytkentä voidaan matemaattisesti tulkita soft photon -kytkentänä samoin kuin normaalin sm-vuorovaikutuksen välittäjähiukkaset kytkeytyvät varattuun hiukkaseen.

Oleellinen ero on se, että tämä ei ole varausten välinen sähkömagneettinen vuorovaikutus, sillä A-B kytkennässä energia ja liikemäärä ei siirry.

Tuo soft photon -tulkinta ei mielestäni anna muuta selitystä kuin sen, että arkijärjellä vaikeasti ymmärrettävä Wilsonin silmukka saa nimen "pehmeä fotoni", vaikka kyseessä ei missään nimessä ole välittäjähiukkanen.

So the Aharonov-Bohm effect is both global in outcome and local in mechanism - two complementary views of the same physics.

Mielestäni oikeampi vertaus löytyy painovoimasta. Newtonin painovoima on suorastaan maagisen epälokaali, mutta yleinen suhteellisuusteoria kertoo miten painovoima toimii paikallisesti.

Kaukana painovoiman lähteestä olevan testikappaleen liikerata määräytyy siitä, miten painovoiman lähde muuttaa geometriaa testikappaleen läheisyydessä (korkeintaan valon nopeudella). Testikappaleen fysiikka määräytyy täysin lokaalien lainalaisuuksien mukaan (aika-avaruuden kaarevuus testikappaleen läheisyydessä).

Aharonovin-Bohmin ilmiö on saman kaltainen. Solenoidin sähkömagneettiset ilmiöt määrittävät vektoripotentiaalin kauas solenoidista, mutta testivarauksen vaihekerroin määräytyy paikallisen vektoripotentiaalin arvosta. Tässä ei ole kyse action at a distance -ilmiöstä, sillä vektoripotentiaalin arvot muuttuvat korkeintaan valonnopeudella.

Voisi kieli poskessa sanoa, että Aharonovin-Bohmin ilmiö on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen geometrinen ilmiö, joka tulee tosin esille vain kvanttifysiikan tasolla. Tuo vektoripotentiaali voidaan itse asiassa käsitellä geometrisesti, ja se vastaa läheisesti yleisen suhteellisuusteorian kaarevuuden konnektiota.

Muitakin yhtäläisyyksiä on. Yleisen suhteellisuusteorian painovoima ei ole "voima" perinteisessä mielessä, ja Aharonovin-Bohmin vaihekertoimen muttuminen ei ole "voima" perinteisessä mielessä.

[Eusa]

Mielestäni oikeampi vertaus löytyy painovoimasta. Newtonin painovoima on suorastaan maagisen epälokaali, mutta yleinen suhteellisuusteoria kertoo miten painovoima toimii paikallisesti.

Oma löydökseni on se, että käytännössä kaikissa fysikaalisissa ilmiöissä on lokaalin tilan ja ei-lokaalin säilyvyyskorrelaation yhteismekanismia. Analogisia vertauksia kyllä löytyy. Outouksia saa käsityksiin, jos tuon koittaa kieltää.

[pähkäilijä]

Kaksi umpikujaa

1. E = hf jossa h on Planckin vakio ja f taajuus
Tämä kertoo siitä että energia koostuu aallonhuipuista ja laaksoista. Ja että ne olisivat saman suuruisia taajuudesta riippumatta. Siis mitä useamman huipun saa pakattua vaikka metrin matkalle, niin energia kasvaa sitä mukaa (huippujen lukumäärän mukaan).
Käytetään silmää testilaitteena.
Silmään osuu 700nm aalto, se näkyy punaisena. Pakataan lisää huippuja, tehdään siitä 400nm aalto, se näkyy violettina.
Nyt samansuuruiset huiput resonoivat eri molekyylien kanssa verkkokalvolla. Siis 700nm resonoi vaikka A molekyylin kanssa mutta 400nm B molekyylin kanssa. Lähdetään hakemaan syytä. Siis energia olisi molemmissa tapauksissa sama (aallonhuippua kohti) mutta huippujen määrä muuttuu. Kuinka huippujen määrä voi ratkaista mikä molekyyli resonoi?
Ratkaisuyritykset:
Aalto koostuu miljoonista(?) yksittäisaalloista. Oletetaan että 400nm aaltojen tihentynyt huippujen määrä onnistuu antamaan samaan elektroniin kaksoisabsorbtion. Tarkoittaa että kaksi erillistä huippua kiihdyttää samaa elektronia lyhyen ajan sisällä. Tai jopa kolmoisabsorbtion (3 kiihdytystä). Tässä yrityksessä ajatellaan että kiihdytysten lukumäärä saisi eri molekyylit resonoimaan,
- A molekyyli resonoisi 1 kiihdytystä
- B 2 kiihdytystä
- C 3 kiihdytystä jne.

Mutta tämähän ei toimi. Nimittäin kun aallon amplitudi laskee miljoonasta huipusta 1/2 miljoonaan, silloin myös kiihdytysten määrä puolittuu. Tästä taas seuraa että eri molekyyli alkaa resonoida. Näin silmän pitäisi nähdä värin muuttuvan. Ja sehän ei mene niin, kun auto lähestyy pimeällä, sen valot pysyy saman värisinä koko matkan vaikka amplitudi muuttuu rajusti.

Eli tämä ratkaisuyritys ei toimi.
Toinen ratkaisuyritys:

Nyt ei käytetä kaksois/kolmoiskiihdytyksiä samaan elektroniin, vaan molekyylin rakenteesta haetaan resonanssia. 700nm aallonhuiput saa tietyn molekyylin resonoimaan niinkuin kitaran kieli. Tämä edellyttää että aallonhuiput pysyy samalla etäisyydellä toisistaan. Tämä on ongelma jos aalto koostuu miljoonasta erillisaallosta. Nimittäin tällaista määrää aaltoja lienee mahdotonta emittoida niin tasaista sykliä ettei ne olisi toisistaan vaihe-erossa. Koska siis ovat eri vaiheisia (näin olen ymmärtänyt), molekyylin resonanssi sammuisi.

Eli tämäkin yritys meni umpikujaan.