สวัสดีสำหรับ Olli สำหรับคำตอบที่ดีที่สุด แน่นอนว่ามันเป็นไปได้ที่จะจินตนาการว่า "คลื่นวิทยุมีลักษณะอย่างไร" - หรือมากกว่า - รูปร่างของสนามไฟฟ้า (และ / หรือสนามแม่เหล็ก) ที่รบกวนการแพร่กระจายในอวกาศคืออะไรแม้ว่าเราจะไม่เห็นพวกเขาโดยตรง แต่คุณต้องมีความรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับพวกเขาและจินตนาการที่สมบูรณ์
ลืมเรื่องควอนตัมและลืมโฟตอน นี่ไม่ใช่ระดับของฟิสิกส์ที่คนส่วนใหญ่สามารถ "จินตนาการ" ด้วยวิธีการรับรู้ ทุกคนที่กล่าวถึงโฟตอนไม่เข้าใจคำถามของคุณหรือไม่รู้คำตอบและหลบหนีจากมันข้ามพรมแดนของบางสิ่งที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของผู้คนในปัจจุบัน นี่คือที่เราจะพูดถึงรูปร่างที่แน่นอนของอะตอม อะตอมเดี่ยวมีรูปร่างอย่างไร รูปร่างของโปรตอนเดี่ยวคืออะไร? ผู้คนไม่มีความคิดว่ามันคืออะไรและเป็นไปได้ที่จะไม่กลมเหมือนลูกบอลในโรงเรียน เราสามารถบอกได้ว่าตราบใดที่เราไม่ทราบรูปร่างที่แน่นอนของอะตอมเราจะไม่เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลาสสิกกับอนุภาคมูลฐานเช่นโฟตอนฟิสิกส์ควอนตัมที่เกี่ยวข้อง
ลองยึดหลักฟิสิกส์คลาสสิคและความเข้าใจในปรากฏการณ์ที่เรียกว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นี่คือ "กอด" แน่นอนเกิดขึ้นในระดับของเรา (คลื่นวิทยุทั่วไปมีความยาวตั้งแต่ 1 ซม. ขึ้นไป) และสามารถวัดได้อย่างแม่นยำมานานหลายทศวรรษ
อย่างไรก็ตามเพื่อที่จะประหลาดใจที่จะจินตนาการถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามันเป็นความคิดที่ดีมากที่จะ 'ถอดรหัส' ก่อนและจินตนาการการแพร่กระจายคลื่นอะคูสติก พวกเขาเข้าใจได้ค่อนข้างง่าย ลองจินตนาการถึงคลื่นเสียงเดียว (พัลส์เดี่ยวของมัน) เป็นฟองกลมทรงกลมของอากาศอัดสูงในสภาพแวดล้อมของอากาศธรรมชาติ (ปกติ) และยังมีอากาศ 'ปกติ' ที่อยู่ตรงกลางของมัน เพียงแค่ "เลเยอร์" หนึ่งของลมอัดที่ถูกจัดเรียงในฟองอากาศทรงกลม เลเยอร์นี้ไม่เริ่มต้นอย่างรวดเร็วและไม่สิ้นสุดอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงระหว่างค่าความดันอากาศนั้นอ่อนโยน (เช่นสำหรับคลื่น :) ชั้นมีความหนาประมาณ 34 ซม. (สำหรับคลื่น 1kHz) แต่อย่างที่ฉันบอกว่ามันหันหน้าเข้าหาสภาพแวดล้อมได้อย่างราบรื่นและสิ้นสุด (ด้านใน) ด้วยเช่นกัน เส้นผ่านศูนย์กลางของมันคือ 1 เมตร และตอนนี้ฟองอากาศนี้กำลังขยายตัวในอวกาศในทุกทิศทาง มัน' หนาขึ้นเรื่อย ๆ แต่ความหนาของชั้นไม่เปลี่ยนแปลง - เป็น 34 ซมอย่างต่อเนื่อง เส้นผ่าศูนย์กลางของมันกำลังเพิ่มขึ้นทุกทิศทาง แอมพลิจูดของมัน (ความแตกต่างของความกดอากาศ) ค่อยๆอ่อนตัวลงและในที่สุดมันก็หยุดอยู่กับที่หายไป แต่นี่เป็นเพียง 'เลเยอร์' ซึ่งเป็นพัลส์เดี่ยวของคลื่นอะคูสติก ทีนี้ลองนึกภาพฟองที่โตขึ้น แต่หลังจากนั้น (ลึกกว่า 34 ซม. ตรงนี้) มันจะปรากฏขึ้นอีกอันหนึ่งและตามด้วยอันนั้นโดยการเพิ่มขึ้นเป็นทรงกลมและอีกอันหนึ่งและอีกอันหนึ่งและอีกอันหนึ่ง รบกวนความดันอากาศอนุกรมผ่านพื้นที่ในทุกทิศทาง
ตอนนี้ขอลงไปที่คลื่นวิทยุ รูปร่างและการแพร่กระจายของพวกเขามีจริงเหมือนกัน พวกมันคือฟองอากาศทรงกลม (ชั้นโค้ง) ซึ่งแพร่กระจายในอวกาศจากแหล่งกำเนิดของพวกมันทีละตัว ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดจากคลื่นเสียงอยู่ในสิ่งที่คลื่นวิทยุเป็นจริง (สิ่งที่พวกเขาทำปรากฏการณ์) อย่างที่เราบอกว่าคลื่นเสียงจะมีแรงดันอากาศเพิ่มขึ้นตามลำดับ แอมพลิจูดของพวกเขาคือความแตกต่างระหว่างค่าความดันอากาศในยอดเขาและในร่อง แค่นั้นแหละ. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านำพาสนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น หนึ่ง "เลเยอร์" (หรือพัลส์) ของมันมีกำลังขยายของสนามไฟฟ้า ระหว่างพัลส์ค่าสนามไฟฟ้าเหล่านี้เท่ากับศูนย์ ดังนั้นในขณะที่พวกเขาเดินทางไปทั่วอวกาศสนามไฟฟ้าจะสลับกันระหว่างค่าสูงสุดและศูนย์ สูงสุด - ศูนย์ - สูงสุด - ศูนย์ - สูงสุด - ศูนย์ - และอื่น ๆ
ยิ่งไปกว่านั้นมันก็คุ้มที่จะเพิ่มสนามไฟฟ้าที่เป็นปริมาณเวกเตอร์ มันหมายความว่ามันมีทิศทาง ทิศทางของสนามไฟฟ้าในกรณีนี้จะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น (เคลื่อนที่) ดังนั้นจินตนาการว่าคลื่นวิทยุพัลส์เดี่ยวเป็นฟองทรงกลมของสนามไฟฟ้าการกระทำของสนามนี้จะถูกส่งไปตามพื้นผิวของฟองอากาศของเรา กล่าวอีกนัยหนึ่งเส้นของสนามไฟฟ้ามีลักษณะโค้งขนานกับพื้นผิวโค้งของฟองและตั้งฉากกับรัศมีของมัน ลองพิจารณาเพียงคลื่นวิทยุสมมุติเดียวที่เคลื่อนที่ในแนวนอน เราสามารถสรุปได้ว่าทิศทางของสนามไฟฟ้าเป็นแนวตั้ง และตอนนี้มันมาถึงแล้ว - ทิศทางของสนามไฟฟ้าสลับกันระหว่างพัลส์ สำหรับคลื่นแนวนอนของเรา - สนามในช่วงแรกจะขึ้นในแนวตั้งและในอีกอันหนึ่งจะลดลง ดังนั้นในหนึ่งฟองมันจะถูกชี้ขึ้นในถัดไปมันจะถูกชี้ลง สถานที่ระหว่างฟองมีค่าฟิลด์เป็นศูนย์และทุกฟองมีฟิลด์กำกับอยู่ตรงข้ามกับฟิลด์ของฟองที่อยู่ติดกัน เราสามารถสรุปได้ว่า: max - zero - min - zero - max - zero - min - zero แอมพลิจูดของคลื่นคือความแตกต่างระหว่างความเข้มสูงสุดและต่ำสุด (หรืออย่างที่เราสามารถพูดได้ - ลบ) ของสนามไฟฟ้า ความทรงจำเกี่ยวกับค่ากลางทั้งหมดตอนนี้เรารู้ว่าทำไมพวกเขาวาดมันเป็นคลื่นไซน์ที่มีเพลาแนวนอนวางอยู่ในใจกลาง (ที่ความเข้มของสนามเท่ากับศูนย์) ไม่ว่าทิศทางของสนามจะขึ้นหรือลง - มันยังคงตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น isn ' ใช่มั้ย และนี่คือวิธีการที่สนามไฟฟ้าตั้งอยู่ในช่องว่างระหว่างคลื่นพัลส์ที่ตามมา (หรือระหว่างฟองอากาศเชิงพื้นที่ซึ่งเติบโตทีละอัน)
แต่ยังมีอีกองค์ประกอบหนึ่งที่ดูเหมือนว่าจะทำให้สิ่งที่ซับซ้อนจริงๆ - สนามแม่เหล็ก จริงๆแล้วมันไม่ยากที่จะคิดออก กิจกรรมของสนามแม่เหล็กครอบคลุมภูมิภาคเดียวกับสนามไฟฟ้า พวกมันมีความสัมพันธ์กันในเฟส ในจุด - หรืออวกาศทรงกลมจริง - ที่สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์ - สนามแม่เหล็กก็เป็นศูนย์ ในทรงกลมที่ความเข้มของสนามไฟฟ้ามีจุดสูงสุด - ความเข้มของสนามแม่เหล็กก็มีจุดสูงสุดด้วยเช่นกัน ในทรงกลมที่สนามไฟฟ้ามีราง - สนามแม่เหล็กมีราง อย่างที่คุณคิดว่าสนามแม่เหล็กก็เป็นปริมาณเวกเตอร์ด้วยเพราะเส้นที่ทำหน้าที่มีทิศทาง ความแตกต่างพื้นฐานคือทิศทางของสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่นและทิศทางของสนามไฟฟ้า ในขณะที่เราจินตนาการว่าคลื่นวิทยุแนวนอนของเราตั้งอยู่บนยอดเขาในแนวตั้งและรางไฟฟ้าในแนวตั้งตามแนวเส้นสนามแม่เหล็กจะอยู่ตามแนวสายตาของเรา จากนั้นจุดยอดแม่เหล็กจะพุ่งเข้าหาเราและรางแม่เหล็กจะถูกพุ่งออกจากเรา หากเราพิจารณาพื้นที่ที่กว้างขึ้นเส้นสนามแม่เหล็กจะต้องไปตามทางโค้ง - ตามพื้นผิวของทรงกลม
ฉันไม่ทราบว่าสามารถเข้าใจได้มากน้อยเพียงใดจากสิ่งที่ฉันพูด :) อย่างไรก็ตามแนวคิดหลักคือสิ่งเหล่านี้คือฟองอากาศของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ขยายใหญ่ขึ้นซึ่งสลับทิศทางของมันทุกฟองที่สองและฟองเหล่านี้เติบโตอย่างรวดเร็ว ขณะที่พวกเขาเดินทางผ่านอวกาศโดยการเพิ่มความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กทำให้ตัวอ่อนตัว (แอมพลิจูดลดลง) พวกเขาสูญเสียพลังงานของพวกเขาและหลังจากระยะทางที่ครอบคลุมพวกเขาก็หายไปในที่สุด
ในความเป็นจริงรูปร่างและเลย์เอาต์ของคลื่นเหล่านี้ (ทั้งอะคูสติกและแม่เหล็กไฟฟ้า) มีความซับซ้อนมากขึ้นเพราะสิ่งต่างๆเช่นการสะท้อนการรบกวนการเลี้ยวเบนและการหักเห ฟองสะท้อนจากวัตถุต่าง ๆ เช่นพื้นดินอาคารต้นไม้รถยนต์ผนังเฟอร์นิเจอร์และอื่น ๆ ฟองสะท้อนแสงกระทบกับวัตถุโดยตรงและส่งผลกระทบต่อรูปร่างและการเดินทางของกันและกันดังนั้นโครงสร้างของคลื่นที่เกิดขึ้นมักจะซับซ้อนและคาดเดาไม่ได้จากมุมมองของการรับรู้
เพื่อทำให้ความแตกต่างทางกายภาพพื้นฐานเป็นคลื่นเสียงที่เรารู้ชัดเจนคือ: - พวกเขาไม่ต้องการสื่อใด ๆ พวกมันแพร่กระจายตัวเองและสามารถเดินทางผ่านสุญญากาศและวัสดุต่าง ๆ มากมาย; - ความยาวคลื่นของพวกมันอาจแตกต่างกันมาก แต่สำหรับ Wi-Fi มันประมาณ 9-15 ซม. ดังนั้นมันค่อนข้างใกล้เคียงกับความยาวคลื่นเสียงที่เราพูดถึง - ความถี่สูงกว่ามาก (เช่น 100 MHz สำหรับวิทยุ FM หรือ 2.4 GHz สำหรับ Wi-Fi) - ความเร็วในการเดินทางของพวกเขายังเร็วกว่ามาก (ความเร็วแสง);
(ที่
