Электромагнитные волны

Полная система уравнение Максвелла включает члены, зависящие от распределения зарядов. В частности туда входят скаляр объемной плотности заряда и вектор плотности электрического тока. Поэтому в присутствии зарядов и токов электрические и магнитные поля входят в эти уравнения не симметрично.

Если же предположить, что заряды и токи в пространстве отсутствуют, то данные члены уравнений уничтожатся, и мы получим совершенно симметричную систему, в которой можно легко поменять местами вектор напряженности электрического поля и вектор магнитной индукции. Полученная система помимо тривиального решения E=0 и B=0 имеет и не тривиальные решения. Эти нетривиальные решения и описывают распространения электромагнитных волн в вакууме.   Если предположить, что электрическое поле имеет лишь z-компоненту (направленную вдоль оси Z прямоугольной декартовой системы) вида:

Где а – некоторое число большее нуля получим такую картинку:

Теперь, если начать эту картинку двигать вдоль оси Y, то получим волну напряженности электрического поля с одним горбом. Решая систему уравнений Максвелла, с исключенными зарядами и токами, убедимся в том, что одновременно с распространение волны E имеем распространение волны B – вектора индукции магнитного поля:

По сути, речь идет о перемещающемся  в пространстве т.н. «солитоне» электромагнитного поля.  В пространстве может двигаться любое количество таких солитонов, складывающихся по принципу суперпозиции (уравнения Максвелла линейны) и образующие волны сложной конфигурации, как, например, на рисунке ниже:

Свойства электромагнитных волн

В построенной теории электромагнитных волн предсказываются экспериментально подтвержденные их свойства:

• Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света.
• Векторы индукции и напряженности ортогональны, а их векторное произведение направлено в сторону распространения волны.
• В любой точке E=B, а скалярное произведение E и B инвариантно относительно системы координат.

Это лишь краткое введение в электромагнитные волны, теория которых обширна и задействует  мощный математический аппарат векторного исчисления и дифференциальных уравнений. Замечательно то, что построенная на кончике пера теория Максвелла предсказывает явления, реально существующие в действительности. Важнейшим таким предсказанием оказывается гипотеза о существовании электромагнитных волн в вакууме.