Matematické Fórum

Ahoj.

No klasická představa (rozuměno bez pohledu kvantové mechaniky) elektrického a megnetického pole není taková, že by elektromagnetické vlny byly něco hmotného a energetického. V klas. fyzice je elektrická intenzita a magnetická indukce taková pomocná veličina. Něco ve smyslu: "kdybychom tu položili náboj, tak by na něj působila takováto síla". Není to přímo měřitelná veličina. Je to spíš jen taková matematická berlička. Pokud bychom to chtěli měřit, tak musíme tam zkoumat pohyb nábojů - a to vlastně měříme mechanické veličiny (polohy, hybnosti) nábojů. Každému místu vakua tedy můžeme přiřadit vektor elektrické a mganetické intenzity (nebo indukce), aniž by to mělo něco konkrétního představovat. To teprve až tehd když tam vložíme náboj. Náboje spolu interagují elektromagnetickou interakcí a přitahují/odpuzují se navzájem. K popisu této interakce se pak používají elektrická a magnetická pole. Je to čistě jenom matematická věc.

Elektromagnetickou vlnu si představuji následovně. Dejme tomu, že jsem nabitý. Kus ode mě je také náboj opačného znaménka a přitahuje mě. Když se k němu přiblížím, získám nějakou kinetickou energii, kterou dejme tomu nějak využiji a zastavím se. Kolega se teď ode mě vzdálí a protože je dál, tak silové pole, co nás přitahuje, zeslábne. Teď se od svého kolegy pro změnu vzdálím já a nějakou energii na to budu muset vynaložit. Protože jsme ale teď od sebe dál, tak menší na to abych se dostal do původního místa, než jakou jsem získal když jsem se odtamtud pohyboval. Poté se můj kolega vrátí na svoji pozici. Oba stojíme na původním místě a co se změnilo? Můj kolega nějakou energii ztratil a já získal. Odtud plyne náledující. Při kmitavých pohybech nábojů se šíří energie. Když rozložení náboje není stacionární a E,B pole se mění, tak může docházet ke přenosům energie (jak známo zákon zachování energie platí, jen když máme částici ve stacionárním poli potenciální energie). Dochází tedy k transportu energie vakuem a to jen čistě tím, že jsme si připustil zákon akce a reace v elektromagnetických silách. Ta energie se tím polem ve skutečnosti jakoby nešíří. To až tehdy kdy tam má druhý náboj, kterému by energie mohla být odevzdávána. Připomínám, že jde stále o klasickou nekvantovou představu. Která však v mnohém je ne zcela vypovídající.

Nyní už trochu kvantovky. Elektromagnetická vlna má reprezentaci fotonu, což je částice o nějaké energii a dokonce jí lze přisoudit i hybnost nebo spin. To už klasickou mechanikou nevysvětlíme, tady je potřeba kvantová mechanika. Vše, co se šíří prostorem a přenáší energii má nutně hmotnou představu. Tato hmota odpovídá energii podle slavného



V relativitě ta rovnice, jak si kdekdo myslí, má jen malý význam, ale v kvantovce nám říká mnohem více, co je pro nás podle kasické fyziky poměrně neintuitivní. Každému šíření energie lze přisoudit hmotnost. Tok energie způsobený elektromagnetickými vlnami (které v klasické představě nemají žádnou hmotnost) lze chápat stejným způsobemm jako hmotnostní tok (doslova kolik kilogramů fotonů se přesune za jednotku času). Fotony mají též hybnost. Jedná se o rychlepohybující se částici a klasické vztahy mezi kin. energií a rychlostí např. pro ni neplatí E = 1/2 m c^2 apod. Navíc neexistuje způsob, jak rozumě popsat pozorovatele pohybujícího se současně s fotonem (fotony mají nulovou klidovou hmotnost). Takže s přihlédnutím ke kvantovce se elektromagnetická vlna už nešíří "jen tak" jako matematická abstraktní veličina E či B vyvolaná kmitavým pohybem zdroje, která způsobuje proměnlivou sílu na okolní náboje, ale má představu fotonů. Čili že doopravdy něco fyzikálně měřitelného začne lítat od zdroje a šíří se klidně i vakuem dál a reaguje s dalšími náboji. Navíc se to chová dost "podivně" z hlediska klasické fyziky, jak už to u malých rychlepohybujích se částic díky principu neurčitosti bývá (kvantovka mluví o vlnovém charakteru částic, že stejně tak jako jsme o elektromagnetických vlná řekli, že jsou částice, tak částicím můžeme za jistých okolností přisoudit dokonce i vlnový charakter - a jsme zpátky u té abstrakce vln).