Естественные науки

Почему происходят колебания электромагнитных полей? И откуда берётся разница в частотах колебаний?

Денис Тарасюк
Денис Тарасюк
3 573
Все исходит еще от Планка, продолжается Дираком и, в основном, оканчивается Фейнманом.

Если разложить ЭМ поле в абсолютно черной полости по Фурье-модам (для ЭМ поля - совокупность плоских ЭМ волн, каждой из которых соответствуют волновой вектор и состояние поляризации) , то можно показать, что Фурье-моды - невзаимодействующие квантовые гармонические осцилляторы, имеющие энергию энергетического уровня, равную
E = [h/2]*(n +1/2)*v,
где n - номер возбужденного состояния осциллятора (соответствует числу фотонов, имеющих волновой вектор k, соответствующий данному осциллятору) .
Квантовый осциллятор, в отличие от классического, не может иметь нулевую энергию. В результате, в основном состоянии квантовый осциллятор имеет энергию
Eосн. = h*v/2. (т. е. , при n = 0).
Также квантовый осциллятор не может покоиться на дне потенциальной ямы: в соответствии с принципом неопределенности, точная локализация в пространстве означает бесконечную неопределенность в величине импульса, а потому величины квантового осциллятора флуктуируют. В частности, в роли координаты выступает напряженность магнитного поля, а в роли скорости - напряженность электрического поля.
Это значит, что ЭМ поле, описываемое такими осцилляторами, в основном состоянии совершает нулевые колебания: средние значения компонент ЭМ поля равны нулю, но квадраты средних значений ненулевые.
При рассмотрении нулевых колебаний ЭМ поля как малых возмущений (т. е. , в рамках теории возмущений) промежуточные состояния при колебании можно описать введением виртуальных фотонов. Но такое описание нулевых колебаний приводит к бесконечным значениям некоторых величин, в частности, суммарной энергии поля:
Wосн. = [h/2]*Σ(v[k]). (сумма по волновым векторам k)
Такая проблема математически устраняется введением контрчленов в лагранжиан полевых функций, что называется перенормировкой.

В более общем виде, следствием колебаний ЭМ поля есть множество эффектов. Например, поляризация вакуума, эффект Казимира, лэмбовский сдвиг.
Ромарио Коломейцев
Ромарио Коломейцев
3 059
Лучший ответ
Ромарио Коломейцев О, я забыл упомянуть вклад Шредингера.
О электромагнитных полях ЧЕГО речь?
Роман Гусев
Роман Гусев
2 559
Денис Тарасюк Просто об электромагнитных полях. Например – световых волн. Почему свет распространяется волнами, причём с различной частотой? Просто вдруг так интересно стало…

Похожие вопросы