電波がどのように見えるか知っていますか？

事前計算クラスでは、sin / cos / tan / cot / sec / cscとその振幅、周期、位相シフトについて学習しています。私は約1年間、電子機器のオンとオフを勉強しました。波がどのように見えるかを実際に知っているかどうか知りたいですか？数学の教科書のように、実際にはサインやコサインのように見えますか？または、それらの波動関数は、私たちが見ることができないものの単なる表現であり、その効果を分析することしかできません。したがって、それらがどのように見えるのかはわかりません。

説明してください

ありがとうございました

ちょっとしたことは忘れてください。量子電気力学について学びたい場合は、Richard FeynmanによるQEDを読んでください。（とにかくそれを読む必要があります;それは唯一の本当に良いポップ物理学の本かもしれません。）

古典的に、電磁場は電荷に作用する力場です。機械的なプッシュまたはプルよりも、「見える」ものはありません。EMの力が作用できることの1つは分子です。それらは分子の形状を変えたり、（高周波数で）化学結合を壊すことさえあります。それがあなたの見方です-光は網膜の細胞内の化学反応を刺激し、脳の活動に至る化学反応の連鎖を開始します。

電波が正弦波と表現できると言うとき、波の振幅（つまり、力の強さ）が空間と時間でどのように変化するかについて話します。正弦波は、デイブが言及した理由で多く現れる傾向があります-それらは2次微分方程式の簡単な解決策であり、フーリエ解析を使用して正弦波で他の信号を記述することができます。同じ理由で、正弦波は音について話すのにも使用されます。

ほとんどの電波は純粋な正弦波ではありませんが、多くは正弦波に基づいています。たとえば、AM電波の振幅は正弦波であり、その振幅はゆっくりと変化します。FMラジオ波の振幅は、周波数がゆっくりと変化する正弦波です。ウィキメディアコモンズのBerserkerusの好意による図を以下に示します。

この画像のサンプル信号も正弦波であることに注意してください。それは偶然ではありません。正弦波は、簡単なテスト信号として機能します。電力線からの放射も、純粋な正弦波に非常に近くなります。

電波を視覚化する場合は、ビーチの近くで水中にいることを想像してください。流れは見えませんが、水が前後に動いているのを感じることができます。それが電波がアンテナの電子に与えることです。

電波は、光の速度で動く正弦波状の目に見えないひものようなものではありません。

電波は電界と磁界で構成されています。それをスペースのプロパティと考えてください。たとえば、バナナのプロパティ「色」は「黄色」です。ここにある微小な空間のプロパティ「電界」は、10 V / mです。しかし、あそこは20 v / mです。

純粋な固定周波数の電波は、波に沿った空間の「電界」と「磁界」の特性を正弦波で修正したものです。時間と空間で。

たとえば、時間t = 1秒で状況のスナップショットを撮り、トランスミッターまでの距離に関連するその「特性」を測定できる魔法の楽器があると想像してください。

ここで、xが送信機までの距離、yが機器で読み取った値であるxyプロットで電界の測定値をプロットすると、教科書で見られるようなサインが表示されます。つまり、ここではE = 0ですが、そこから10mで10 V / m、20mでは再び0、30mでは-10 V / mです...

これは意図的に簡略化されていますが、ここでの目標は、主題に関する直感を構築できるヒントを提供することだと思いました。

あなたがいつでもあなたの周りの電場と磁場を何らかの方法で視覚化できれば、それらは非常にランダムで、海面のようなものです。あなたが見ているのは多くの異なるソースから生成された波の重ね合わせだからです。

波にはいくつかの重要な数学的性質があるため、正弦波を使用して波を分析する傾向があります。まず第一に、フーリエは、任意の関数（特に周期関数）が正弦波の合計として表現できることを示しました。第二に、微分方程式（計算）を使用してフィールドの基本的な特性を記述します。正弦波の積分または微分は別の正弦波であり、非常に便利です。

以下は、ポイントソースから伝播する電波の合理的な視覚化です。

（ソース）

簡略化されていることに注意してください。

実際の波は、特定の距離を移動しても消えませんが、振幅は距離とともに減少します。

また、この視覚化により、各波は薄いシェルのように見えますが、その表面がピークを表し、2つの「シェル」の中間点が谷であることを想像する必要があります。

私はいつもファインマン（Lectures in Physics、vol 2）からのこの引用が本当に好きでした。

しかし、マックス・ボルンは、EMフィールドについて言うために別のものがあるんあなたの質問に答えると、私は思います。

これはpからです。このクールな本から156。https://ia600409.us.archive.org/4/items/einsteinstheoryo00born/einsteinstheoryo00born.pdf）

そして次のページで、Bornはダイポールから発生するEM波を描きます。

これは非常に非技術的で、おそらく物理的に正確な答えではありませんが、問題にあまり深くない人がそれをよりよく理解するのを助けることができるものです（別名：私は5歳のように説明してください）

WIFIがどのように家中に広がるかについて、この楽しい写真を少し前に見ました。

GIFとしても利用できますが、どういうわけかここに挿入できません：Wifiは部屋全体に広がりますアニメーション

Wifiは小さな電波（マイクロ波）です。サウンドウェーブと同じように、海の波が上下する波のように想像するべきではありません。むしろ、本当に濃い空気のパッチ、そして非常に薄い空気のように、海の波ではなくインパルス波のようです。もちろん、放射線/電磁波の場合、空気は高密度になりませんが、電磁場は「高密度」または「低密度」です。

したがって、洞機能は、媒体の密度をプロットするだけです。そして、その媒体は音波の場合には空気であり、電波の場合には電磁場です。ただし、この最後のステートメントは物理的に100％正確ではない場合があります。

そのため、1日の終わりに、洞機能は場の強さ、またはそれがどのような電荷を持つかをプロットします。部屋の1つのスポットを測定して、時間の経過とともに電荷をプロットします。正の電荷に対してプロットし、負の電荷に対してラインを引き戻します。

したがって、あなたの質問に答えるために：sin / cos関数などは、1つの視点からの電波の分析です（たとえば、部屋の1つのスポット。y軸に電荷を、x軸に時間をプロットします）。しかし、部屋は3次元であり、実際の波は脈動する「密な」領域とそれほど密ではない領域として説明されるため、洞波のビームが部屋を通過するようなものではありません。

波が通過する空間は2次元の表面ではなく、海のように波を作り出すことができますが、3次元です。そのため、海面の代わりに、リズミカルに1つのスポットから複数の爆発が起こっているようです。この答えのアニメーションのように彼らは球のように空間を移動し、その球の中には同じ速度で拡大する別の球などがあります。

アニメーションを開き、この部屋の1つのポイントにカーソルを置きます。カーソルがある場所の色の変化を説明する最良の方法は何でしょうか？罪の機能ですか？

お役に立てば幸いです！

はい、私たちは彼らがどのように見えるかを知っています。それらは目に見えません。

電波は、EフィールドとBフィールドでの自己伝播妨害です。EフィールドとBフィールドが見えないため、電波は見えません。

「ラジオ」という用語を少し曲げたい場合は、可視光の波長であるため、約1オクターブ（約350〜700 nm）の狭い波長が人間の目に見えると言えます。光と電波は、波長を除いて同じものです。通常、「電波」という用語は、可視光よりもはるかに長い波長を指します。

EフィールドとBフィールドの外乱の「形状」を尋ねる場合、答えは正弦波です。これは、教科書の図で見られるように、素敵なサインラインが上下するという意味ではありません。ただし、EフィールドとBフィールドのマグニチュードは、距離と時間の経過とともにサイン形状に従います。

電波は目に見えませんが、私たちの電波の理解は非常に進んでおり、電波は神秘的であると考えるべきではありません。光子は、そのエネルギーレベルに応じて、目で検出できることに注意してください。しかし、それは私たちがそれらを見ることができるということと同じではありません。光子は、視覚情報を目に伝える粒子です。物体を見るためには、多数の光子が物体から観察者の目まで移動し、網膜に焦点を合わせなければなりません。その定義により、たとえ光子がそれらを検出したとしても、光子も目に見えません。フォトンについてのみ言及します。そうしないと誰かがそれを持ち出すことがわかっているからです。

RF波、それらがどのように吸収または反射されるか、およびそれらが互いに干渉する方法などを視覚化するさまざまな方法があります。これらはそれらを理解するのに大いに役立ちますが、これは波自体が見えないという事実を変えません。

ここで量子力学の領域に入ります...

波とは？粒子とは何ですか？違いはなんですか？彼らは同じですか？

ただし、これを少し簡略化し、電子機器のコンテキストに入れるには、ワイヤのAC電圧を考えるのが最善です。

ワイヤは原子でできています。原子には電子があります。電子は電圧によって動き回り、電流を形成します。

電圧が正の場合、それらは一方に移動し、負の場合、他方に移動します。「波」は電子の動きです。さらに単純化するために、電子が1つしかないことを想像してください。正弦波のAC電圧を入力すると、その単一の電子は正弦波パターンで前後に移動します。したがって、この場合の「波」は、電子の位置が時間に対してマッピングされることです。

今、私たちが電波に来るとき、私たちは全く異なるボールゲームを持っています。私たちは量子力学やフィールドなどにずっと興味があります。

簡単に言えば、いや、波を「見る」ことはできません。必要に応じて、波はエネルギーの特徴です。たとえば、光を取ります。それは波ですか、それとも粒子ですか？まあ、それは両方と考えることができます。光子としては、目の網膜と相互作用して物を見るようにする物理的なオブジェクトです。波として、それは曲がり、さらには分割することができます（ダブルスリット実験を参照してください） 2つの別のウェーブに）して、再結合することもできます。

粒子の観点からは、周波数はその粒子が振動する速さと考えることができます。

見るべきもう一つの良いものは音です。それは波ですが、種類が異なります。AC電気に似ています-空気の原子は、マイクで「見る」ことができる励起（スピーカー）に時間内で前後に移動します。そして、それはすべて異なる組み合わせの正弦波で構成されていることがわかります。

あなたの質問に答えるために：Steven Hawkingに尋ねてください:)そして、物理学のフォーラムに向かいましょう。

ここには多くの良い答えがありますが、コメントがいくつかあります。

電波は、空間と時間の各点での電界と磁界を記述するマクスウェルの方程式によって支配されます。電波のスペクトルは私たちの感覚のスペクトルと重複しません（たとえば、可視光や赤外線とは異なります）。（可視光であっても、波を直接観測するのではなく、「センサー」への影響によって観測します。）

電場と磁場は、空間の各点で時変ベクトルであるため、たとえそれらを見ることができたとしても、それらは複雑な獣になります。アンテナ、フィールドプローブなどを使用してフィールドの側面を測定できます。

実際のフィールドは、すべてのソース（「ノイズ」、他の既知の信号、関心のある信号など）の影響の組み合わせを表し、純粋ではありません $\sin$/$\cos$波。保存法は、フィールドが本質的に反復的であり、多くの場合、周期的として扱われることを意味します。関係する信号$\sin$/$\cos$ 多くの場合、基礎となる微分方程式の解であり、より複雑なシナリオの解を見つけるための「ビルディングブロック」として使用されます。

学習しているsin / cosなどの関数は2次元です。電波は3次元であるため、正弦波は物理的な現実の多くを伝えません。数学は3次元の波を記述することができますが、ベクトル計算（マクスウェルの方程式）を取ります。これは現在の数学の知識よりもはるかに高度です。

あなたは、人間の感覚からは見えないものについて「見える」というフレーズを使い続けます。

質問：これらの波をあなたに見せるためにどれくらいの計装を使用できますか？

彼らの性質のため 実際には電界と磁界の励起の移動領域のであり、遠距離領域、自由空間での...

• それらは実際に横波です（つまり、両方のフィールドが伝搬方向に対して垂直に向いています）、
• それらは実際には、位相が合っていて互いに垂直な電気および磁気成分を持っています。
• それらは事実上平面波です。つまり、通常の線形表現は $E(x,t) = \sin(kx - \omega t)$ あるべき $E(\vec{x},t) = \sin (\vec{k}\cdot\vec{x} - \omega t)$。

それらの写真は現実を表していますが、道具なしでは見えないでしょう。

Olliが最高の回答をしてくれた。もちろん、「電波がどのように見えるか」を想像することは可能です-むしろ-直接見ることはできませんが、宇宙を伝播する電界（および/または磁場）の乱れの形状はどうですか？しかし、それらについての少しの知識と本当に豊かな想像力が必要です。

量子を忘れて、光子を忘れてください。これは、ほとんどの人が知覚的な方法で「想像」できる物理学のレベルではありません。光子について言及している上記のすべての人は、あなたの質問を理解していないか、答えを知らず、今日の人々の範囲を超えているものの境界を越えて答えを逃れます。これは、原子の正確な形状について説明するとおりです。単一の原子の形状は何ですか？そして、単一の陽子の形は何ですか？人々はそれが何であるかを知らず、学校の写真のような小さな丸いボールではないでしょう。原子の正確な形状がわからない限り、古典的な電磁波と量子物理学が扱う素粒子、すなわち光子との相関関係を理解できないと言えます。

それでは、古典物理学とその電磁放射と呼ばれる現象の理解に固執しましょう。これは確かに「受け入れられる」ものであり、私たちの規模で発生し（一般的な電波の長さは1cm以上）、何十年も正確に測定可能です。

しかし、驚いたことに、電磁波を想像するには、最初に「解読」して音波の伝播を想像することは非常に良い考えです。彼らはかなり理解しやすいです。単一の音波（その単一パルス）を、自然（通常の）空気の環境にある高度に圧縮された空気の丸い球形の泡として想像します。球形の泡の中に配置された圧縮空気のちょうど1つの「層」。この層はそれほど鋭く始まらず、鋭く終わらない。気圧値間の遷移は緩やかです（波のように:)。層の厚さは約34cm（1kHzの場合）ですが、私が言ったように、周囲に滑らかに向かい、（内側で）滑らかに終わります。その直径は1メートルとしましょう。そして今、このバブルは宇宙のあらゆる方向に広がっています。それ' sどんどん大きくなりますが、層の厚さは変わりません-常に34cmです。その直径だけが周囲のすべての方向に成長しています。その振幅（気圧差）は徐々に弱まり、最終的には存在しなくなり、消えます。しかし、これは単一の「レイヤー」、音響波の単一パルスにすぎませんでした。同じバブルが成長するのを想像してみてください。その後（このバブルからちょうど34cm深く）別のバブルが出現し、それに続いて球状に成長し、別のバブルが成長します。すべての方向の空間を通る連続した空気圧の乱れ。

それでは、電波に取りかかりましょう。それらの形状と伝播は、実際には同じ性質を持っています。それらは、その源から次々と空間に広がる球状の泡（湾曲した層）です。音波との最も重要な違いは、電波が実際に何であるか（それらがどのような現象を運ぶか）にあります。前述のように、音波には連続的な空気圧の増加が伴います。それらの振幅は、ピークとトラフの気圧値の差です。それでおしまい。電磁波は電界の増分を運びます。それの1つの「層」（またはパルス）は、拡大された電界強度を持っています。これらのパルス間では、電界値はゼロです。したがって、それらが空間を移動する間、電界は最大値とゼロの間で交互に変化します。最大-ゼロ-最大-ゼロ-最大-ゼロ-など。

さらに、電界はベクトル量であることを追加する価値があります。それは方向を持っていることを意味します。この場合の電界の方向は、波の伝播（進行）方向に常に垂直です。したがって、電波の単一パルスを電場の球形の泡として想像すると、この場の作用は実際に泡の表面に沿って向けられます。言い換えれば、電場の線は湾曲しており、気泡の湾曲面に平行で、その半径に垂直です。水平方向に進む単一の仮想電波について考えてみましょう。ここで、電界の方向が垂直であると仮定できます。そして今では、電界方向がパルス間で交互に変わるということが起こります。私たちの水平波では、最初の期間のフィールドは垂直に上がり、次の期間ではフィールドが下がります。したがって、あるバブルでは上に向けられ、次のバブルでは下に向けられます。それでもバブル間の場所のフィールド値はゼロであり、すべてのバブルのフィールドは隣接するバブルのフィールドの反対側に向けられています。次のように簡単に説明できます：max-zero-min-zero-max-zero-min-zero。波の振幅は、電場の最大強度と最小強度（または言うことができる-マイナス）の差です。すべての中間値を思い出すと、水平軸が中心（フィールドの強度がゼロに等しい）に配置された正弦波として描画される理由がわかりました。場の方向が上であろうと下であろうと、それは波の進行に対してまだ垂直です。それ？そして、これは、波の後続のパルス間（または次々と成長する空間的泡の間）に電界が正確に設定される方法です。

しかし、物事を本当に複雑にしていると思われる別のコンポーネントがあります-磁場 実際、これを理解するのはそれほど難しくありません。磁場活動は、電場と同じ領域をカバーします。それらは段階的に相関しています。電場がゼロであるポイント-または実際には空間球-では、磁場もゼロです。電界強度にピークがある球では、磁場強度にもピークがあります。電界に谷がある球では-磁場には谷があります。あなたが推測するように、その作用線には方向があるため、磁場もベクトル量です。基本的な違いは、磁場の方向が波の進行と電場の方向の両方に垂直であることです。電気ピークが垂直に上がり、電気トラフが垂直に下がる仮想の水平電波を想像すると、磁力線の方向は視線に沿っているでしょう。その後、磁気ピークは私たちの方に向けられ、磁気トラフは私たちの外に向けられます。より広い領域を考慮する場合、磁力線も曲線に沿って（球体の表面に沿って）移動する必要があります。

私が言ったことからどれだけ理解できるかわかりません:)しかし、主な考えは、これらは拡大された電場と磁場の泡であり、1秒ごとにその方向を交互にし、これらの泡は非常に急速に成長するということです。電場と磁場の強さを増すことで空間を移動するとき（振幅が減少する）、エネルギーを失い、ある程度の距離を置いた後、最終的にはまったく消えます（音響波と同じ）。

実際には、反射、干渉、回折、屈折などの理由により、これらすべての波（音響波と電磁波）の形状とレイアウトははるかに複雑です。泡は、地面、建物、木、車、壁、家具などのさまざまなオブジェクトから反射します。反射された泡は直接泡に当たり、互いの形状と正確な移動に影響を与えるため、結果として生じる波のトポロジーは通常、知覚の観点からは非常に複雑で予測不可能です。

明らかにわかっている音波との基本的な物理的差異を完成させるために、次のことを明らかにします。-それらの波長は大きく異なる可能性がありますが、Wi-Fiの場合は約9〜15cmであるため、説明した音の波長に非常に近いです。-周波数が非常に高い（たとえば、FMラジオの場合は100 MHz、Wi-Fiの場合は2.4 GHz）。-移動速度も非常に高速です（光の速度）。

波の形は球形で、教科書にあるようなものではありません。あなたが教科書で見るものは、全体の波のほんの一部です。他のスライスには作業中のスライスと同じ情報があるため、必要なのはこれだけです。