Sähkömagneettisen aallon olemus

[mistral]

Mitenkä se menee, aallon
1. amplitudi
2. energia
3. pituus jolle energia on pakattu?

Olen käsittänyt että amplitudi eli aallon korkeus on vakio, tai onko siinäkin eroa? Energia kasvaisi aallon lyhetessä, siis nollatasolta nollatasolle. Mutta pituus jolle energia olisi pakattu on vaikeampi asia, onko se nollatasolta nollatasolle? Vai onko se useamman aallonpituuden matkalle pakattu? Vai onko se pakattu yhteen pisteeseen (fotoni) jossakin kohtaa aaltoa, olkoon se piste missä tahansa? Wikissä on tällainen selitys:

Säteilyn tehon määrittää energian lisäksi fotonien määrä tietyllä pinta-alalla tiettynä ajanjaksona; kokonaisteho määräytyy kvanttien ajallisen tiheyden - intensiteetin - mukaan; mitä suurempi määrä kvantteja osuu tarkasteltavalle pinta-alalle tarkastelujaksolla, sitä suurempi on säteilyn teho.[3] Intensiteetti ilmoitetaan SI-järjestelmässä W/m2 (wattia neliömetrille).[1] Watti itsessään sisältää aikamääreen sekunti. Yksittäisen kvantin energia ja liikemäärämomentti määräytyy (tyhjiössä) siis kuitenkin vain taajuuden mukaan.

Bruce Schumm sanoi että aalto on verrattavissa meren aaltoon, se jatkuu taaksepäin ties kuinka pitkälle, tämä on mystistä.

[mistral]

Yritin löytää englanninkielisiltä sivuilta valoa, vaikeaa on.
kysymys:
Can we change the amplitude without changing the frequency?
vastaus:
No, amplitude tells us how much power/strength the wave has, it has no affect on frequency.
https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=elektromagnetic+wave+amplitude

Näyttäisi siltä että amplitudi on joka taajuudelle eri korkea. Mutta voiko johonkin nettikommenttiin luottaa?

Itse ajattelen että yllämainuttu on totta, otan esimerkin:
Muutetaan aallon mittakaavaa punaisen valon aalto suurennetaan nanometreistä millimetreihin.

punainen aallonpituus 700mm..........aallonkorkeus eli amplitudi 10mm
violetti 400mm ................amplitudi 17,5mm

Amplitudi on keksitty mutta olennaista on että se kasvaa kun aallonpituus lyhenee.

[mistral]

Tämä pohdiskelu lähtee yhdestä syystä, ja se on intuitiopetos. Intuitioni on onnistunut huijaamaan itseäni vuosikaudet. Nimittäin kun aallot lyhenee puoleen, niitä mahtuu samalle matkalle kaksinverroin. Tästähän tulee heti johtopäätös että kun aaltojen lukumäärä kasvaa, niin se tuottaa kasvaneen energian. Faktahan on että energia kasvaa suoraan taajuuden mukaan. Tässä intuitio sanoo että energia tulee aallonhuippujen lukumäärästä.(Mitä lyhyempi aalto, sen enempi huippuja mahtuu vaikkapa millimetrin sisään).
Mutta ei se niin menekään. Mistä se energia sitten saadaan? En keksi muuta selitystä kuin amplitudi.
Perustelu on se ettei aaltojonon aallonhuippujen määrä sanele energiaa, tarkoitan että energiaa on yhtä paljon millimetrin kuin metrin matkalla, niin energia on pakattu jollain muulla tavalla, ja se tapa on käsittääkseni amplitudin korkeus.

Mikä tässä on outoa, on ettei näin perus juttua olla noteerattu ja selitetty. Tai jos on, se on mennyt minulta täysin ohi

[mistral]

Pohdiskelu jatkuu, tänään oikein havahduin kysymykseen, miksi energia ei värähtele paikallaan sähkömagneettisessa kentässä eli avaruudessa, miksi sen on pakko mennä c nopeudella? Aaltoliikehän on poikittaista, mistä se eteenpäin-komponentti tulee?

Tämä ihmettely kertoo paitsi omasta tietämättömyydestä, myös siitä ettei tapahtumaa olla avattu syvällisesti. Uskon että Faraday ja Maxwell tiesivät tarkalleen mitä tapahtuu mutta me olemme perineet vain kaavat, emme rautalankamallia.

[Kaizu]

Maxvelin sähkömägneettinen säteily oli energialtaan jatkuvaa. Plank ja Einstein kvantittivat sen erillisiksi fotoneiksi joiden energia riippuu vain taajuudesta. Säteilyn kokonaisenergia riippuu fotonien taajuudesa sekä fotonien lukumäärästä. Suurena joukkona fotonit käyttäytyvät klassisen fysiikan aaltoina mutta yksittäin kvantifysiikan fotoneina. Richar Feynman on luennoinut fotonin olemuksesta n. 60 vuotta sitten eikä häntä vielä ole kumottu.

Kaizu

[mistral]

Fotoni on käsittääkseni keskittymä. Jos hakee vertauksen langasta niin solmu on keskittymä.
- elektroni on korkeammalla potentiaalilla eli orbitaalilla
- hetken kuluttua se putoaa alemmas, on solmu = fotoni
- hetken kuluttua se on lankaa = aalto

Näin energia muuttaa muotoa. Mitä solmussa tapahtuu, on täysin mittausten saavuttamattomissa. No tämä oli yritys hahmottaa aaltohiukkasdualismia.

Eikö myös elektroni ole aalto? Sen rata ytimen ympäri on käsittääkseni aallonpituuden monikerta, voi verrata piparkakun muotoon, se on sakaroiden monikerta, mitä enemmän sakaroita, sen korkeampi orbitaali.

Solmun tapahtuma on arvoitus, mutta luonnonlait ohjaa sen tapahtumat, jotain siellä tapahtuu mutta mitä?

[mistral]

Vielä lainaus vuosien takaa RJ:n viesti "Maailmankaikkeuden synty" #68

23.08.2009, 15:11:49

    Lainaus käyttäjältä: mistral - 23.08.2009, 14:28:09

    Jostain kouluajoilta oli jäänyt takaraivoon se, että kvantti on pienin mahdollinen energian paketti. Tätä taustaa vasten tuntui oudolta, että fotoni, joka energisyydessä voi olla biljoonakertainen toiseen fotoniin verrattuna, olisi yhtä kuin kvantti. No, uskottava se on.

RJ:
Yleisesti ottaen fotonilla voi olla mikä energia (eli aallonpituus eli taajuus) tahansa, mutta esim. atomin elektronien energiatasot voivat saada vain tiettyjä arvoja (alunperin Planckin kvanttihypoteesi). Kvantittuminen näkyy nimenomaan sidotuissa systeemeissä, ei niinkään vapailla hiukkasilla.

    Lainaa

    Jos yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, niin sen energiatiheys pienenee koko ajan ja häviää nopeasti olemattomiin. Eli onkohan tässä aallon tehtävänä ainoastaan informaation siirtäminen (jos se ei kuluta energiaa) Energian siirtäminen taas olisi hiukkasen tehtävä.

RJ:
Todennäköisyysaaltoa ei voi suoraan havaita, ainoastaan sen interferenssi on kaksoisrakokokeessa nähtävissä. Valolähteessä fotoni synnytetään diskreettinä energiapakettina, jonka jälkeen se aaltomaisesti siirtyy systeemin läpi, ja taas jälleen kasaantuu diskreetiksi pisteeksi osuessaan varjostimelle. Tämä on todella ihmeellinen asia, mutta malli on silti aika yksinkertainen ja tarkka..
-----------------
 Tämä kohta on hyvä:
Valolähteessä fotoni synnytetään diskreettinä energiapakettina, jonka jälkeen se aaltomaisesti siirtyy systeemin läpi, ja taas jälleen kasaantuu diskreetiksi pisteeksi osuessaan varjostimelle.

Kuvaan diskreettiä pistettä solmuksi, se on pistemäinen niinkuin hiukkanen.

[Paul Metsälä]

Vielä lainaus vuosien takaa RJ:n viesti "Maailmankaikkeuden synty" #68

23.08.2009, 15:11:49

    Lainaus käyttäjältä: mistral - 23.08.2009, 14:28:09

    Jostain kouluajoilta oli jäänyt takaraivoon se, että kvantti on pienin mahdollinen energian paketti. Tätä taustaa vasten tuntui oudolta, että fotoni, joka energisyydessä voi olla biljoonakertainen toiseen fotoniin verrattuna, olisi yhtä kuin kvantti. No, uskottava se on.

RJ:
Yleisesti ottaen fotonilla voi olla mikä energia (eli aallonpituus eli taajuus) tahansa, mutta esim. atomin elektronien energiatasot voivat saada vain tiettyjä arvoja (alunperin Planckin kvanttihypoteesi). Kvantittuminen näkyy nimenomaan sidotuissa systeemeissä, ei niinkään vapailla hiukkasilla.

    Lainaa

    Jos yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, niin sen energiatiheys pienenee koko ajan ja häviää nopeasti olemattomiin. Eli onkohan tässä aallon tehtävänä ainoastaan informaation siirtäminen (jos se ei kuluta energiaa) Energian siirtäminen taas olisi hiukkasen tehtävä.

RJ:
Todennäköisyysaaltoa ei voi suoraan havaita, ainoastaan sen interferenssi on kaksoisrakokokeessa nähtävissä. Valolähteessä fotoni synnytetään diskreettinä energiapakettina, jonka jälkeen se aaltomaisesti siirtyy systeemin läpi, ja taas jälleen kasaantuu diskreetiksi pisteeksi osuessaan varjostimelle. Tämä on todella ihmeellinen asia, mutta malli on silti aika yksinkertainen ja tarkka..
-----------------
 Tämä kohta on hyvä:
Valolähteessä fotoni synnytetään diskreettinä energiapakettina, jonka jälkeen se aaltomaisesti siirtyy systeemin läpi, ja taas jälleen kasaantuu diskreetiksi pisteeksi osuessaan varjostimelle.

Kuvaan diskreettiä pistettä solmuksi, se on pistemäinen niinkuin hiukkanen.

Eikös kvantittuminen tarkoita isommilla energiapaketeilla sitä, että siinä on kvanttien monikerta. Energiapaketin suureneminen ei siis ole täysin lineaarinen tapahtuma. Kokonaispakettia voi lisätä tietyllä minipaketilla, jota kvantiksi kutsutaan. Makromaailmassa kvantittuminen hukkuu nopeasti. Mutta tuo hukkuminen on vain meidän havaintovälineemme epäherkkyyttä. Näemme jotain ilman silmälaseja tai silmälasien kanssa, mutta emme kaiken lisääntymistä ja vähenemistä kvantin kokoisina siirroksina. Hyvillä koejärjestelyillä jo nähdään. Ihan makromaailmassa voi silminnähtävillä öljypisaroilla esimerkiksi tutkia alkeisvarausten määrää. Varattu öljypisara kelluu sähkökentässä tarkoin määrätyissä kohdissa eikä niiden välissä kun sen varausta muutetaan.

Joku voi ampua tämän muiston alas tai toivon mukaan vahvistaa. On kyllä tosi kaukaa tuo mielikuva alkeisvarausten määrittämiseksi.

[mistral]

Eikös kvantittuminen tarkoita isommilla energiapaketeilla sitä, että siinä on kvanttien monikerta. Energiapaketin suureneminen ei siis ole täysin lineaarinen tapahtuma. Kokonaispakettia voi lisätä tietyllä minipaketilla, jota kvantiksi kutsutaan. Makromaailmassa kvantittuminen hukkuu nopeasti. Mutta tuo hukkuminen on vain meidän havaintovälineemme epäherkkyyttä. Näemme jotain ilman silmälaseja tai silmälasien kanssa, mutta emme kaiken lisääntymistä ja vähenemistä kvantin kokoisina siirroksina. Hyvillä koejärjestelyillä jo nähdään. Ihan makromaailmassa voi silminnähtävillä öljypisaroilla esimerkiksi tutkia alkeisvarausten määrää. Varattu öljypisara kelluu sähkökentässä tarkoin määrätyissä kohdissa eikä niiden välissä kun sen varausta muutetaan.

Joku voi ampua tämän muiston alas tai toivon mukaan vahvistaa. On kyllä tosi kaukaa tuo mielikuva alkeisvarausten määrittämiseksi.

Itse käsitän vaikka valokvantin "mekaanisesti", se on se energia mikä mistäkin tapahtumasta tulee. Ja koska esim elektronin radat on vakioenergisiä niin tämä sanelee sen että mikromaailma on "hyppäyksellinen" eli kvantittunut. Koska näin on, rajoitus ei ole aallossa vaan siinä joka aallon tekee. Ja elektroni tekee aallon, pakottaa sen tietyn energiseksi. Elektroni ei yksin määrää hyppäyksen energisyyttä vaan atomiydin vaikuttaa paljon siihen. Siksi eri alkuaineet tuottaa erilaisia hyppäyksiä elektroniverhossa. Näin kvantti voi olla eri energinen, aalto ei "ota kantaa" siihen kuinka se on syntynyt vaan elää omaa elämäänsä (tosin valoaalto ei elä ajassa).

[mistral]

Wikipediasta otin lainauksen:

Etuliitteenä  'kvantti' viittaa ilmiöihin ja teorioihin, joissa vaikuttavat suureet ovat kvantittuneet  ja joiden käsittelyssä kvantti-ilmiöt täytyy ottaa huomioon. Tällaisia ilmiöitä käsittelevät kvanttifysiikan kvanttiteoriat. Kvanttifysikaalisille ilmiöille on tunnusomaista, että niitä kuvaavissa teorioissa esiintyy Planckin vakio:  milloin suureen arvon laskennassa käytetään Planckin vakiota, ilmenee suureen arvo jonkinlaisena kerrannaisena suhteessa Planckin vakioon. Tavanomaisia esimerkkejä fysikaalisten suureiden kvantittumisesta (kvantisoimisesta) ovat energian, spinin ja pyörimismäärän kvantittuminen niin, että ne voivat saada mittauksissa vain diskreettejä - epäjatkuvia - arvoja.
Nimitystä 'kvantti' käytetään joskus myös bosoneista, jotka toimivat perusvuorovaikutusten välittäjähiukkasina. Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkasta fotonia  kutsuttiin alkujaan valokvantiksi, sähkömagneettisen säteilyn energian ilmennyttyä Comptonin sironnassa määrällisenä ja valosähköisen ilmiön vaatiman kynnysenergisyyden ja irronneiden elektronien määrän ja energian määrällisyyden vuoksi. Sähkömagneettisen säteilyn energia näytti absorboituvan ja tämän jälkeen emitoituvan vain diskreetteinä määrinä, joissa tilanteissa sähkömagneettisen säteilyn energia siirtyi vain diskreetteinä määrinä - kvantteina.
-------------------------------

Aha se olikin niin että kaikki hyppäykset on Planckin vakion kerrannaisia, Paul Metsälä oli oikeassa.

[Paul Metsälä]

Pohdiskelu jatkuu, tänään oikein havahduin kysymykseen, miksi energia ei värähtele paikallaan sähkömagneettisessa kentässä eli avaruudessa, miksi sen on pakko mennä c nopeudella? Aaltoliikehän on poikittaista, mistä se eteenpäin-komponentti tulee?

Tämä ihmettely kertoo paitsi omasta tietämättömyydestä, myös siitä ettei tapahtumaa olla avattu syvällisesti. Uskon että Faraday ja Maxwell tiesivät tarkalleen mitä tapahtuu mutta me olemme perineet vain kaavat, emme rautalankamallia.

Tästä on lyhyt matka luulemisiin. Tunnetun ja koetun fysiikan matematiikka perustuu siihen, että se toteuttaa havainnot todella hyvin. Koko luonnontieteellinen rakennelma perustuu siihen, että tiedetään miten jokin "näyttää" käyttäytyvän ja siihen luodaan riittävän monella desimaalilla toimiva algoritmi. Meillähän on hyvät keinot tehdä funktioita toteuttamaan huolella tuotetut pisteet koordinaatistossa. Tässä on kuitenkin lähtökohtana se, että tehdään työkaluja havainnoista tunnetun ennustamista varten. Ja siinä on mainiosti onnistuttukin. Ja tullaan onnistumaan lisää. Ja tämä on turvallinen alusta tehdä uutta ruutia vanhan päälle. Hankaluus on se, että meillä ei ole tietoa siitä, mikä luo alkuperäisen havaittavissa olevan tapahtuman kuten se miksi massattoman "hiukkasen" on kuljettava jonnekin valon nopeudella jotta se olisi olemassa. Kysymys on siitä, mikä on tuo elevaattori, joka hiukkasta kampeaa. Sitä ei tarvita nykyisessä matematiikassa, koska koko käytetty matematiikka perustuu siihen että sitä ei tarvita siinä matematiikassa. Huomaatko kehärakennelman?

Aikojen alussa oli visiona, että kaikkeudessa on eetteriksi kutsuttu tausta. Eetteri on kumottu perusteellisesti sillä idealla, että nykyiset laskentamallit eivät sitä tarvitse. Kaikki eivät huomaa, että oikeasti on tehty matemaattinen malli, joka ei sitä tarvitse. Kun tällä mallilla osoitetaan tai oikeastaan julistetaan, että asiat toimivat oikein hyvin ilman eetteriä, ei samalla kuitenkaan sanota, että laskentamalli on vain tehty niin ettei se käytä mitään eetteriä. Ja koska koko luonnontieteellinen rakennelma toimii oikein hyvin tältä laskentapohjalta, kuuluu koulufysiikkaan kiistää se, että taustalla on jotain muuta. Tämä kiistäminen on raivokasta ns. leipäpappien taholta. Kyse on aika paljon samasta asiasta kuin että lentokapteenien ei parane puhua mistään oudosta reitillä. Loppuu hommat ja menee maine. Lisäksi rakennelmaa kyseenalaistava aiheuttaa henkistä epämukavuutta kuten esimerkiksi uskonnoissa.

Tuo eetteri? Mikä on esimerkiksi higgsin kenttä tässä sopassa? Siis oikeasti. Tunnetun matematiikan ei tarvitse käyttää kenttää mihinkään. Pällistellään vain miten se oikeastaan luo painovoimaan liittyvää. Mitä jos kenttä on mukana muussakin? Tyhjiön poreilussa esimerkiksi.

Kysyit miksi energiapaketin on oltava liikkeessä valon nopeudella. Unohda korkeimman papiston vaalima matematiikka hetkeksi. Sen ulkopuolella on jotain, koska meillä ei ole kaiken teoriaa. Kuvittele vaikka jotain alustaa fotoneille. Alusta voi olla visualisoituna seisovan aallon kaltainen kenttä tai paremminkin kahden sellaisen kentän leikkaus. Seisovan aallon solmukohdat ja harjakohdat eivät liiku mihinkään. Mutta mitä tapahtuu tuollaisen voimakentän "päällä" olevalle massattomalle entiteetille? Se lähtee seisovan aallon taajuudesta riippuvalla nopeudella jompaan kumpaan suuntaan pienestäkin häiriöstä. Tuo seisova aalto pumppaa entiteettiin tarpeellista potkua. Tämä foorumi on hankala kun ei voi suoraan näyttää grafiikkaa.

Varoitus. Tuo edellinen ei ole mitään fysiikkaa. Se on vain havainnollistus, että tunnetun ja kiitettävästi toimivan matematiikan ulkopuolella on mahdollista olla jotain. Tällaiset kuvitelmat eivät kumoa mitään. Näitä voi tulla ihmisille, joilla ei ole liikaa luonnontieteellisen ammatin aiheuttamia rajoitteita tai mainetta menetettävänä. Kannattaa googlettaa kuitenkin seisovan aallon youtubevideoita.

[mistral]

Ehkä palaan yllä olevaan viestiin kun olen sulatellut ensin. Mutta googletin "Why is the speed of light 300 000..." ja sain Quorasta yhden vastauksen:
 Billy Lee:
The speed of an electromagnetic wave is a function of the electric permittivity and the magnetic permeability of space (ε and μ). It makes sense, because light has both an electric and magnetic nature; light must move through space subject to the ability of space to propagate electromagnetic waves both electrically and magnetically.

Once ε and μ are determined by experiments it is a simple matter to multiply them together, take the square root of their product, then invert by dividing into "1". The speed of light is the result.

c=1/√εμ

https://www.quora.com/Why-is-the-speed-of-light-300-000-km-s-Why-not-any-other-value-like-double-or-half-of-this

eli c = 1/sqrtepsilon*myy

epsilon = tyhjiön permittiivisyys = suure joka kuvaa sähkökentän vaikutusta väliaineeseen=faradi/m
myy = tyhjiön permeabiliteetti = aineen magneettista käyttäytymistä kuvaava suure = Henry/m

Tässä on totuudenjyviä koska kaava antaa tarkalleen c nopeuden.
Mutta edelleen avoin kysymys on, miksi aalto liikkuu eteenpäin kun aaltoliike liikkuu poikittain?

[Paul Metsälä]

Kannattaa myös tutustua ryhmänopeusilmiöön. Kuvittele kahden lähes seisovan aallon kenttiä, joilla on keskinäinen ryhmänopeusaalto. Massaton hiukkanen voi "tarttua" tuohon ryhmänopeusaaltoon. Meillä voi olla taustana kenttiä, joilla ryhmänopeusaalto esiintyy nopeudella c.

Voidaan kysyä onko tehtävissä matematiikkaa, jossa perustana ovat ryhmänopeuskentät. Fotoneille täsmällinen reitti olisi tuollaisten kenttien leikkaus. Luonnollinen asetelma on kentille tuossa kohtisuora asetelma. Siinä olisi mukavasti 90 asteen alusta fotonin sähkö- ja magneettikomponentille. Tuossa wikilinkissä on aivan hyvää esitystä ryhmänopeudesta ja vaihenopeudesta.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Vaihenopeus

[mistral]

Tämä linkki kertoo kuinka vaikeaa on tavoittaa aallon rakennetta:
https://physics.stackexchange.com/questions/606263/when-i-use-a-sinusoidal-function-to-describe-a-lightwave-what-do-i-actually-have