Wat is (elektromagnetische) straling?

Question

Er zijn hier eerder (2 jaar geleden) vragen over geweest: http://www.goeievraag.nl/vraag/straling.35837
http://www.goeievraag.nl/vraag/elektromagnetische-straling-medium-voortplanten.7843

Echter daarin geeft iemand (staat geen naam meer bij) aan: "Ik weet het wel, maar het is zo moeilijk uit te leggen. Ik zou eerder een nieuwe godsdienst beginnen dan een leek precies uit te leggen wat straling is. In de wetenschap is er geen twijfel en jouw retorische vraag is allang opgelost. Je bent een beetje achter met de theorie. Een beetje, nou ja een jaar of 100"

In de tweede vraag over voortplanting van EM straling staat een antwoord waar ik weinig mee kan.

Echter betekend dat dat er dus een antwoord moet zijn op deze vraag. Wat IS straling nou eigenlijk? Hoe moet ik me dat voorstellen? Het is namelijk nog goed voor te stellen hoe elektriciteit zich door een koper draadje verplaatst, als is het nog een kunst geweest om dat echt in detail te begrijpen dan alleen het principe te snappen. Echter hoe moet ik dan elektromagnetische straling zien?

Ik ken deze http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_straling maar met "Elektromagnetische straling is de voortplanting door de ruimte van elektrische en magnetische oscillaties (trillingen)." kan ik me nog weinig voorstellen.

 · Accepted Answer

Dit soort vragen gaat vrij diep. Mijns inziens vraag je naar de essentie van wat elektromagnetische straling IS. In de natuurkunde is men tevreden met een met de waarnemingen overeenkomende beschrijving van wat elektromagnetische straling DOET. Dat kan helaas niet anders, want natuurkunde gaat over het beschrijven van waarnemingen, niet over de existentiële vragen.

Op de keper beschouwd is elektromagnetische straling een abstract begrip, net zoals veel andere natuurkundige begrippen. Voor het gemak gebruik in vanaf nu het woord "licht" voor alle vormen van elektromagnetische straling, ook uit heel andere golflengtegebieden.

Begrip gaat meestal gepaard met een goed analogon. Zo kun je veel van elektriciteit begrijpen door te denken aan dikkere en dunnere buizen (weerstand) met stromend water (stroom) onder hogere of lagere druk (spanning). Het golfkarakter van licht wordt vaak "begrepen" door te denken aan de golven in een wateroppervlak. Het deeltjeskarakter van licht kun je "begrijpen" door te denken aan knikkers. Dat licht tegelijk een golf- en een deeltjeskarakter heeft valt nauwelijks te begrijpen. Daar is in onze ervaringswereld geen analogon voor (dat geldt voor heel veel kennis uit de moderne natuurkunde, zoals de kwantummechanica - Schrödingers kat). Maar we kunnen het gedrag wel beschrijven met formules. Die beschrijvingen blijken steeds voortreffelijk te kloppen met de (soms erg nauwkeurige) waarnemingen. In die beschrijving spelen elektrische en magnetische velden een rol (meer van die abstracte begrippen). Voor een natuurkundige IS elektromagnetische straling een energiepakketje (energie is ook weer zo'n abstract begrip dat helpt bij het beschrijven van hoe dingen werken) dat zich in stand houdt en voortplant via een wisselwerking van krachten. Door er veel mee bezig te zijn en aan te rekenen en te meten ontstaat er na verloop van tijd een gevoel voor. Ik neem aan dat natuurkundigen dit ervaren als begrip. Maar het is niet zo dat men de essentie kent.

Omdat we van geluid weten dat het zich voortplant door lucht in trilling te brengen werd vanwege de analogie (!) verondersteld dat licht zich voortplant door de ether in trilling te brengen. Later bleek van de eigenschappen van die ether steeds minder over te blijven, vooral na het experiment van Michelson en Morley (zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-experiment). Einstein heeft de ether toen afgeschaft. Het is bijna het verhaal van de blote kleren van de keizer.

 · Answer

Electromagnetische straling kun je je in lekentaal het makkelijkst beeldend voorstellen als een ketting met ringvormige schakels. Het is namelijk zo dat een wisselend magnetische veld een wisselend electrisch veld oproept en omgekeerd. Er hoeft dan niet werklijk electriciteit te stromen zoals uit onze stopcontacten, het werkt namelijk ook in volkomen vacuum. Die veldjes zijn ringvormig, denk aan het magnetisch veld van de aarde waar het magnetisch veld buitenom van noord naar zuid loopt en door de kern van zuid naar noord.
Terug naar die schakels van de ketting, schakel 1 is een wisselend ringvormig magnetisch veld, dat roept in ring 2 een wisselend ringvormig electrisch veld op dat er haaks op staat, en dat roept weer in ring 3 een ringvormig magnetisch veld op dat daar weer haaks op staat, enzovoort.
Die veldjes ontstaan natuurlijk niet zomar, daar is energie voor nodig, die van het ene schakeltje wordt doorgegeven naar het volgende.
De echte natuurkundige werkelijkheid is natuurlijk wel complexer.

 · Answer

Iedereen weet wat de wet van Coulomb is. Dat is de wet die aangeeft wat de elektrische kracht is tussen twee ladingen. Dan is er ook nog de Lorentzkracht, dat is de kracht die ten opzichte van elkaar bewegende ladingen op elkaar uitoefenen (een magnetische kracht). In de zogenaamde velden ga je echter uit van één deeltje dat een veld produceert, dat is hetzelfde als de kracht tussen twee ladingen, maar dan zonder de storende tweede lading, je beschouwt alleen de invloed van de hoofdlading, in wezen geeft het veld aan hoe groot de krachten zullen zijn als je er een lading in stopt.

Is er een verandering in de positie van een lading dan verandert het elektrische en het magnetische veld. Dat wordt volkomen beschreven met de veldvergelijkingen van Maxwell.  De verandering in het veld is echter niet over het hele universum tegelijkertijd, maar hij verspreidt zich met de zogenaamde lichtsnelheid c. (c^2 is een van de constantes in de Maxwellvergelijkingen, de grootte afgeleid van elektromagnetische metingen, dus al decennia voor Einstein was c^2 een belangrijke natuurconstante die onafhankelijk van de lichtsnelheid werd bepaald).

Als voorbeeld kun je een antenne nemen op een zendmast, die zendt ladingen over een antenne die 96 miljoen keer per seconde heen en weer gaan. In de antenne van je radio wordt die verandering van het veld gevoeld en er gaat ook in de antenne een wisselstroom vloeien. Zichtbaar licht is hetzelfde alleen met veel kleinere antennes (zo groot als atomen) en veel hogere frequenties (ca 600 biljoen Hertz). De antennes in je oog zijn moleculen die bij het opvangen van een foton frequentie veranderen van vorm.

Zoals uit de beschrijving van het oog blijkt is elektromagnetisme ook een kwantumverschijnsel en daarin uit zich een soort 'deeltjes' gedrag. Het meest vreemde daarin is dat de kansverdeling waaraan de 'deeltjes' golfpakketjes aan moeten voldoen al over de gehele ruimte vastligt zonder enige vertraging in tegenstelling tot het elektrische veld. Het is alsof lichtdeeltjes al een heel precieze landkaart hebben van de gehele ruimte. Dit wordt non lokaliteit genoemd. (Wat ik nu beschrijf is de Bohm-interpretatie van licht, andere interpretaties geven weer andere principiele problemen, waardoor er geen werkelijke consensus over is). De grote paradox is dat de elektromagnetische golven wel lokaal zijn en de kwantum verschijnselen niet en filosofisch gezien is dat niet goed verenigbaar.

Wat is (elektromagnetische) straling?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (2)

Weet jij het beter..?