2016年4月13日水曜日

電磁波(電波と光)の電磁波源(または光源)近傍での平面波発生過程の謎

光源から、いきなり大きな瞬間加速で速度cの光が輻射されるのではおかしい?!という疑問への答えまでいきつけませんでした。


電波(電磁波)の平面波は、輻射源から一定の距離 約(λ/(2π))で平面波が形成される。
光源でも同じ原理で、(電磁波としての)光の波が形成される可能性が考えられる。
いきなり光源から、速度cの光が輻射されるのではおかしいのではないか?!という疑問が発せられていました。
]


x^2+y^2+z^2=(ct)^2
この式は、時刻t[s]で広がった点光源を中心とする光の存在位置を示す球殻の式。
アインシュタインさんの特殊相対性理論の基礎部分。


ところが、電磁波源から 0〜λ/(2π) の距離内には、電磁波の平面波は存在していないようです。



この条件式の成り立たないNear Filed と呼ばれる、電磁波源(または光源)での平面波の生成過程は明らかになっているのでしょうか。光の波長では特殊相対論が近似的に成立するマクロな世界では殆ど無視できる誤差と近似できそうですが、電波の波長ではNear Fieldは大変広い空間となります。

                                            E/M波周波数: Near Field 距離[m]      計算値



このため、この電磁波は電磁波源(または光源)近傍の球半径距離内の小さな距離内< λ/(2π)[m]では、特殊相対性理論は成り立たない(?)かもしれません。

またミクロの世界を扱う量子力学の世界では、もしかしたら特殊相対性理論は適用できないかもしれません。

電波や光の電磁波は、時刻0から若干の短い時間をかけて 約(λ/(2π))(約1/6波長)まで到達すると、そこでやっと平面波は姿を表し、この時、電磁波速度  c=1/(√(ε0*μ0)) [m/s]に到達し、伝播して行くのかもしれません。

ただし、ここでは、平面波発生過程の過度現象を、マックスウェル方程式から計算できるのどうかどうか、わかっていません。(現在手持ちの情報無しです。)

量子力学の不確定性理論によれば、電子や光子の素粒子の位置(x,y,z)は、確率分布でしか求まらず、位置が確定できないとされ、そう考えると、最初の球殻の式の精度はどの程度まで正確なのかわからなくなりました。(光子ガスという確率分布による光の存在説もあるようです。)

AM送信機1[MHz]の電波は、こうしたNear Field領域でもラジオで受信できるので、電波は存在しています。それが平面波という形状でない電波なのかどうかは、現在も謎となっています。

光は粒で光子であるが電磁波の波でもあると言われていますが、そうであれば、E=hν のエネルギーを持つ「電波子」もあるの?と大変基礎的な謎となっている課題があると思います。


Copyright by W2AEW (USA)




Copyright by W2AEW (USA)

Related documents/videos:

#234: Basics of Near Field RF Probes | E-Field & H-Field  YouTube
(Copyright by W2AEW and Youtube)
I deeply impressed with this video.


(Copyright by Miyazaki Gijitsu KenkyuuJyo Inc.)


E/M wave Graphical explanation