電磁波が横波という意味は？

質問

電磁波が横波と教科書では解釈されている。何故横波なのでしょうか？パラボラアンテナを考えれば、電磁波が縦波でなければ説明ができません。電界も磁界もエネルギーの観方でしかありません。

回答No.10

kanemoto_s

#3です。

＞左旋波、右旋波という用語の意味が解りませんが、横波、縦波の事と思います。

違います。
垂直波と水平波、左旋波と右旋波も電磁波の進行方向と直交する波です。
電磁波が１次元の縦波なら、垂直波と水平波に分離できるはずがありません。（#8の方の意見も参考にしてみるといいと思います）
電磁波は進行方向に対して２次元の横波と解釈するしかないと思います。

右旋波、左旋波の進むイメージは以下で確認してください。
http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/hobby/edu/em/polarization/index-j.html

右旋波、左旋波はパラボラアンテナの焦点（受信部）でどのように電流が流れるかに関係しています。

＞パラボラアンテナ面は放物面です。その表面で電界、磁界の横波が反射するとしたとき、その表面の入力波のベクトルを描けるでしょうか。

電界、磁界は進行方向と常に直交していてかつ、電界と磁界も直交していますから、そのようなベクトルを書いてください。
境界条件は電界、磁界とも大きさが0のベクトルのはずです。（入力波と出力波が合成されて0になるように書いてください）

＞電磁波はエネルギーの縦波と捉えるべきではないですか

まず、
電磁波のエネルギーは
E=nhν (n：光子の数、h：定数、ν：振動数)
で表せますから、エネルギーが振動することはないです。

エネルギーは一定で、進行方向と直交する２次元（電界と磁界）のそれぞれの方向に振動しています。
このとき電界と磁界に分けてエネルギーを見れば振動しているような気がしますが、電界と磁界のエネルギーを足せば常に一定です。
上記に反して、進行方向に電界のエネルギーが縦波で振動したら、まったく別の電磁波が進行方向の垂直面に発生してしまうことになり、直進不可能となってしまうのですが。

＞振動数という概念自体が矛盾と考えます。

では、なぜ光を別々の色をしているのでしょうか？
そもそも、
E=nhν
を否定すると言うことは、光電効果等をどう説明する気なのでしょうか？

＞マックスウエルの電磁場方程式が1964年に唱えられて、光としての意味が電磁波に有る事が数式で表されました。しかし、その方程式は時間的に変動しない電磁場に対しては意味を失います。静磁界、静電界はどのような横波で捉えるかの疑問から、すべての電磁波はエネルギーの縦波解釈以外矛盾を避けられないと考えます。

マックスウエルの方程式は、静電場・静電界から電磁波を発生させません。
意味を失っているのではなく、電磁波として出てくるエネルギーが０です。
存在しない波に対して縦だの横だの言えませんよね？

＞電気回路の直流に対して、光エネルギー伝播で認識できなければ、電気エネルギーが光と同じ意味と認識できないのではないでしょうか。

電気エネルギーと電磁波のエネルギーは別のものです。変換すると損失が発生します。

＞シュレーディンガーの波動方程式自体が正弦波を基に解釈されています。

フーリエ変換（とその基礎部分）を勉強してください。
フーリエ変換まで勉強していれば、どのような波でも正弦波を基に解釈できることが分かると思うのですが。

回答No.9

CC_T

No.6補足について。
>横波ならば、電界・磁界の波のベクトルが放物面上でどのように描かれるでしょうか。
>変位電流ベクトルはどんな入力形で認識できますか。
逆に、縦波ならどう認識できると言われるのでしょうか？
縦波でイケるのに横波ではダメという論拠を示してみれば、適切なツッコミが入ると思います。

>電磁波はエネルギーの縦波と捉えるべきではないですか。
その必然性を全く感じません。

＝＝＝＝＝
ちなみに、放送電波は発信局側の仕様によって水平偏波と垂直偏波ってのがあります。
例えば、ラジオなどは垂直偏波が使われるのでアンテナを寝かせるより立てた方が感が良いですし、テレビなどは複数の放送局が隣接する地域では他局の混信を避ける為に水平偏波式の所も多く、そこの放送を受信する場合は屋根の上のテレビアンテナはエレメントが水平になった物を使います。複数局が受信できる地域では垂直式と水平式の２つをそれぞれの局の方向に向けて多チャンネルを楽しむケースも散見されます。

縦波ならばアンテナが垂直だろうが水平だろうが、利得に差はないはずですよね？
現実として差があり、積極的に利用されているわけですが、「電磁波＝縦波」理論でこの現状を説明でますか？

参考URL：

http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/housoku/koteijiyuu.html

回答No.8

xxxx__xxxx

No3の方が答えている様に。

一般的受信アンテナは、(パラボラは除く)理論的には送信アンテナと同じ
例えば、VHFやUHFのアンテナ(都市では、水平が多いですが)地方ではUHFアナテナが垂直の処も多いです。
↑
これ等の電波(電界のみで見た場合)水平方向か垂直方向に飛んで居るので、←一概に、電波＝水平とは言えないのでは。
---
又、衛星の電波は、円偏波と言われ、
衛星放送であって、電波の偏波が左旋偏波（電波の伝播の方向に向かって電界ベクトルが時間とともに反時計回りの方向に回転する円偏波をいう。）などなど、etc…

回答No.7

homma-mon

まず，「縦波」「横波」という用語の定義を確認しておきましょう．
google で「縦波 横波 違い」で検索して，最初に出てきたweb page:
<http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/hadou/yokotate.html>
が分かりやすいと思います．

波は必ず進行します．ある地点でのある振動が，他所へ伝わっていく現象が「波」ですから．

振動は方向を持っています．その地点にある媒質に対して働く力の向きと大きさとが時間的に変化していくのが振動なのですから．

その振動の方向が波の進行方向と同じ直線上にある波を「縦波」と呼び，波の進行方向に直角の方向に振動するの波を「横波」と呼び習わしているのです．

さて，電磁波です．これは，電場の振動と磁場の振動とが伝わっていく現象です．電場の振動の方向と磁場の振動の方向とは直角に交わっていますが，波の進行方向とも直行しています．ですから，電磁波は横波と呼ばれるのです．

空気の圧力の振動が伝わるのが音波です．圧力の力の方向は進行方向と同じ直線上にもあります．ですから，音波は縦波です．

尚，横波の電磁波も縦波の音波も，放物面の反射板で，焦点に集めることができます．放物面の反射板の焦点に耳を置くと，遠くから伝わってくる弱い音波をハッキリと聴くことができます．

補足

御回答有難うございます。
振動という意味を考えてみると、それは何が振動していることなのでしょうか。太鼓をたたいても膜が振動するのですが、その振動は膜に衝撃が与えられて、その衝撃のエネルギーが膜の面を縦に往復する為に生じるのです。水面波も水中を伝播する圧力エネルギーの縦波がそのエネルギーバランスとして水面に現れているからなのです。横波という概念の本質を捉える事が未来の子供の教育に大切と思う事からの質問です。御容赦ください。パラボラ面にどんな電界、磁界のベクトルを描けるかという疑問からの質問でした。

回答No.6

CC_T

パラボラは反射によって並行波の進行方向を変えて１点に集中させるだけのものであり、縦波だろうと横波だろうと関係ないですが？

補足

御回答有難うございます。
横波ならば、電界・磁界の波のベクトルが放物面上でどのように描かれるでしょうか。変位電流ベクトルはどんな入力形で認識できますか。電磁波はエネルギーの縦波と捉えるべきではないですか。

回答No.5

tetsumyi

音は進行方向の次元の振動だから縦波で、水の表面の波は進行方向と別の次元である直角の振動です。
電磁波は進行方向の次元の振動とは言えず、電磁場の振動であるゆえに別次元の振動であり横波と言わざるを得ない。

補足

御回答有難うございます。
水面波の振動は確かに表面的には横波と言えるでしょう。しかしその本質は水中の衝撃による圧力エネルギーの縦波なのです。それが津波の解釈に必要な基本です。自然界の波は横波は無いと考える方が正しいでしょう。すべて縦波と考えて良いと理解します。未来の子供への教育を考えた時、横波は矛盾が多過ぎて、本質を見誤るとの危機感からの質問ですので、お許しください。

回答No.4

phosphole

逆に縦波でないと理論に合わない理由を説明してもらえませんか？
こちらとしては横波として考えて、理論の整合性が取れているわけです。
そこに違う考え方を持ち込むということは、何らかの矛盾点があるはずです。
100年以上の歴史があり、実験・理論に関しても不備無く説明できている理論に疑義を呈する以上、それなりの責任を持って質問するべきです。

補足

御回答有難うございました。
お尋ねの事は当然の事です。マックスウエルの電磁場方程式が1964年に唱えられて、光としての意味が電磁波に有る事が数式で表されました。しかし、その方程式は時間的に変動しない電磁場に対しては意味を失います。静磁界、静電界はどのような横波で捉えるかの疑問から、すべての電磁波はエネルギーの縦波解釈以外矛盾を避けられないと考えます。電気回路の直流に対して、光エネルギー伝播で認識できなければ、電気エネルギーが光と同じ意味と認識できないのではないでしょうか。私のブログアドレスを示すと個人情報に抵触するとの理由で削除されますので、これ以上の説明ができなくて御免なさい。

回答No.3

kanemoto_s

垂直波、水平波
あるいは
左旋波、右旋波
に分離できるので横波と解釈できる。

放送波をパラボラアンテナで受信する場合は左旋波、右旋波に分離することができる。
放送波の地上波では垂直波、水平波に分離可能。

縦波の場合は分離できない。

補足

御回答有難うございます。
左旋波、右旋波という用語の意味が解りませんが、横波、縦波の事と思います。パラボラアンテナ面は放物面です。その表面で電界、磁界の横波が反射するとしたとき、その表面の入力波のベクトルを描けるでしょうか。

回答No.2

Nebusoku3

＞電磁波が横波と教科書では解釈されている。何故横波なのでしょうか？。。

電磁波は　電界　と　磁界　が90度の違いで交互に作用して構成される波　(電磁波という）のことで　断定的に　縦横と言い切るものではないと思います。　（縦横をどう規定するかという問題もありますね。）
計算などの便宜上、どちらかに決めたものと思います。

参考：
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/k3dennjiha/30denjiha.htm

補足

御回答有難うございます。
教科書の説明が世界の電磁波解釈になっている訳ですから、止むを得ないとも思います。『電荷』概念が矛盾の根本になっている事からの解釈です。シュレーディンガーの波動方程式自体が正弦波を基に解釈されています。普通の自然界の波はエネルギー伝播で、殆ど正弦波ではないと考えます。電気回路の波形をシンクロスコープで観測すれば、正弦波になりますが、雷などの自然波、光のエネルギー波（勝手な自己流で済みません）などは正弦波ではないようです。『エネルギー』の実在性を物理の根幹に据えて教育すべきとの思いからの解釈ですので、失礼の事お許し願います。

回答No.1

noname#212313

波を表す波動方程式が横波の形式だからです。以下のサイトなどで解説されています。

http://homepage2.nifty.com/eman/electromag/wave.html
http://www.th.phys.titech.ac.jp/~muto/lectures/Gelmg06/Gem_chap13.pdf

　もちろん、電磁波は長距離を届き、エネルギーを伝えることが可能ですから、エネルギーとしては、あらゆる意味での発信地点から、あらゆる意味での受信地点へ移動しています。

補足

御回答有難うございます。
物理学理論が『エネルギー』の実在性を認識していない点にすべての矛盾の原因が有ると解釈します。電磁波も光も同じエネルギーの縦波でしかありません。そのエネルギーを便宜的に横波という概念で解釈しているにしかすぎません。質量に付随した運動、位置エネルギーが教科書のエネルギーの解釈の基になっている訳ですが、空間を光速度で伝播するエネルギーが電磁波、光、光量子であると考えます。空間を伝播する実体が『エネルギー』そのものであると解釈します。振動数という概念自体が矛盾と考えます。横に振動する物は何も無いと思いますが、振動する物は何でしょうか。勝手な論で済みませんが、子供に教育をする事を考えると、矛盾を許せない思いですのでご勘弁下さい。