Elektromagnetische Wechselfelder, Wellenpakete

Kurzer Rückblick

Zur Veranschaulichung der Stabilität der Fermionen - der schweren Materie - haben wir das Gleichgewicht zwischen den Impulsdruck der Hintergrund-ITO und dem im Fermion oszillierenden ITO benutzt.
Die dabei entstehenden,  mehr oder weniger klar umgrenzten stabilen Schwingungsfiguren nennt man in der Mathematik ´Attraktoren´.
Als Schwingungsfigur, die sich aus dem Chaos des Vakuums heraus bilden kann, haben wir bisher eine Kugel gewählt (Bild unten). Aber es gibt noch viele andere stabile Gestalten, wie auch die  seltsamen Attraktoren der Chaosforschung. Auch ein Lorentz-Attraktor ist dabei.


Dar Gleichgewichtszustand zwischen der Schwingungsfigur des Fermions und der Umgebung führte zur Invarianz und zur Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, die eben auch nicht von einer beliebigen Bewegung zwischen Lichtquelle und Empfänger abhängt.
Das Modell zeigte außerdem, dass ein derart schwingendes Fermion selbst bei Zufuhr von beliebig viel Energie keine beliebig große Geschwindigkeit gegenüber seiner Umgebung erreichen kann.
Wir sehen zwar noch nicht, warum sich Lichtwellen im Vakuum immer mit C ausbreiten, aber dass Fermionen einer Begrenzung ihrer Geschwindigkeit gegenüber der Umgebung unterliegen, wird ersichtlich.

Licht breitet sich im Vakuum von der Quelle wellenförmig aus - analog einer Welle im Wasser, nur eben ohne Wassermoleküle, sondern einfach nur ´im Raum´.
Während im Wasser die Energie der Welle von Wasseratom zu Wasseratom weitergegeben wird, nennt die Physik keinen substanziellen Vermittler der Energie im Raum. Wir stehen also wieder einmal vor dem Problem der ´Vorstellbarkeit´.

Deshalb werden wir nun die Fortpflanzung der Energie einer Lichtwelle im Vakuum mit der ´Substanz´ zu veranschaulichen versuchen, die wir vorn zur Veranschaulichung der Vakuumenergie eingeführt haben: dem ernergiegefüllten Vakuum  - dem allseitigen Strom Impuls Tragender Objekte (ITO).

Photonen sind Energieportionen, die von Atomen (Fermionen) ausgesendet werden. Diese Energieportionen können auch wieder von Atomen aufgenommen werden - wenn die Energiemenge passt.
Die Energie der Photonen kann also entweder in einem schweren Fermion ´stecken´ und so Bestandteil einer geschlossenen Schwingungsfigur sein, oder sie sind nicht in einem Fermion ´drin´, aber dann sind sie als Welle im Vakuum mit C unterwegs.

Da Photonen im Vakuum mit C unterwegs sind, können sie augenscheinlich keine geschlossene Schwingungsfigur haben. Photonen haben zwar Impuls, aber sie haben keine Masse.
Das Fortpflanzungsprinzip der Photonen im Vakuum wie auch das von Elektronen hat Wellencharakter.
Wir denken dabei an eine Wasserwelle, bei der die Energie des  Wellenpaketes von Wasseratom zu Wasseratom weitergereicht wird - beim ´Photon´ sollte das irgendwie von ITO zu ITO funktionieren.
Außerdem sind Photonen elektromagnetische Wellen und das macht die Sache durchaus komplexer.
Maxwells Gleichungen liefern zwar sehr gute Prognosen - aber sie sind leider nicht wirklich anschaulich.
Oder ist ihnen klar, weshalb gerade das Kreuzprodukt der Vektoren die richtigen Ergebnisse lìefert?

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Generelles zu Wellen

Von Elektro-Magnetischen Wellen  (EM-Wellen) haben wir zwar schon gehört, aber die grafischen Darstellungen (Bild unten links) zeigen nur, wie sich irgendwelche Kraftwirkungen oder Feldlinien im Raum ausbreiten, sie zeigen aber nicht auf welche Weise diese Wirkungen im Raum vermittelt werden.(Wikipedia)

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Im Bild oben rechts versuchte ich diese zyklisch wechselnden Wirkungen mit von einer Antenne aus in den Raum gehenden  ITO darzustellen.
Den Effekt im Bild links (erste Halbwelle) würde das zweite ITO im Bild rechts erzeugen, dass sich von links nach rechts durch die Raumzelle bewegt.
Die Zweite Halbwelle könnte danach von dem Dritten ITO veranschaulicht werden, welches sich ebenso in der Raumzelle von links nach rechts bewegt, dessen Rotation aber anders orientiert  ist.

Die Grafik links zeigt jedoch nicht einmal annähernd das komplexe Geschehen bei der Fortpflanzung von Energie in einer Elektromagnetischen Welle. Ein anschauliches und einfaches Bild kann ich Ihnen nicht bieten. Aber wir können die Vorgänge  prinzipiell beschreiben.  Wir greifen dazu auf die Bilder der ´Bewegten Ladungen´ zurück  und gehen auf das, zwar mathematisch berechenbare, aber bisher nicht veranschaulichte Geschehen bei der Entstehung und dem schließlichem ´Abnabeln´ von EM- Wellen ein.

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Es ist nämlich so, dass elektromagnetische Welle zwar von einer Quelle, z.B. Antenne ausgehen, sie aber nicht sofort als das unterwegs sind, was wir in einer elektromagnetischen Welle üblicherweise zu ´sehen´ gelernt haben  (Bild oben links) oder auch  hier:

 Die Begriffe Nahfeld und Fernfeld beschreiben in der Antennentechnik unterschiedliche Raumgebiete, welche strahlende Antennensysteme umgeben. Üblicherweise werden die Raumgebiete, ausgehend von dem Antennensystem, in drei Bereiche unterteilt:

1. Nahfeld, auch als reaktives Nahfeld bezeichnet, ist der Bereich in unmittelbarer Nähe zur Antenne
2. Daran anschließend das Übergangsfeld, auch als Fresnel-Region oder als strahlendes Nahfeld bezeichnet
3. Das Fernfeld, auch Fraunhofer-Region genannt, ist der größte Bereich, in welchem sich die elektromagnetische Welle unabhängig von der Antenne als ebene Welle im Raum ausbreitet.

aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Nahfeld_und_Fernfeld_(Antennen)

1.  Entstehung einer elektromagnetischen Welle - an einer Antenne

Elektromagnetische Wellen gehen bekanntlich auch von Antennen aus. Antennen sind Leiter. Wenn man an diese Leiter eine Spannung anlegt, dann wird im Leiter ein Strom fließen und sich ein Potential ausbilden.
Wenn Strom fließt, dann bewegen sich jedoch nicht die Atome des Leiters, sondern nur die negativen und positiven Ladungsareale (Elektronen und Defektelektronen) der Atome (siehe Kapitel bewegte Ladungen).
Interessant wird es, wenn man einen Wechselspannung an den Leiter ( die Antenne) anlegt.
Eine Wechselspannung wird im Leiter ein Wechselstrom antreiben. Die nun unablässig hin- und her-beschleunigten Ladungsareale im Leiter werden die zuvor neutralen ITO aus dem Hintergrund entsprechend ihrem momentanen Bewegungszustand  ´prägen´. Das nun von der Antenne ausgehende Strömungsbild spiegelt mit den entsprechend geprägten ITO den Wechselstrom im Leiter wider.


Direkt am Antennenstab - im Nahfeld  - ist während des Nulldurchganges der Spannungskurve die Geschwindigkeit der Elektronen und Defektelektronen im Leiter am größten. Die Neigung der Drehachse ist dann maximal und somit auch die magnetischen Wirkung auf geeignete Probekörper.

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Energie

Um Elektronen unablässig zu beschleunigen benötigt man Energie. Wir müssen der Antenne unablässig Energie zuführen (Spannung aufrecht erhalten, damit ein Wechselstrom fließt), ansonsten gehen keine Wellen von der Antenne in den Raum.
Im Vergleich zu einem stetigen Stromfluss in einem Leiter überlagern sich die von beschleunigte Elektronen und Defektelektronen ausgehenden ITO. Die ständig wechselnde Orientierungen führt zu den o.g. Bereichen Nahfeld, Übergangsfeld und Fernfeld. (Bild unten)

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Die Herausbildung eines EM-Wellenpaketes

Das Energiepaket,  welches wir elektromagnetische Welle nennen, entwickelt sich erst in einer bestimmten Entfernung von der Quelle. Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen Länge des Antennenstabes, der Frequenz der Wechselspannung und dem Abstand zur Quelle.

Aus : https://deacademic.com/pictures/dewiki/54/660px-Nahfeld_Fernfeld.png


Bild unten: Die Situation mit Hilfe der sich überlagernden, von den Ladungsquellen geprägten ITO veranschaulicht.

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Nahfeld und Übergangsfeld

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Das Fernfeld

im Fernfeld (gelb angelegt) ist die Überlagerung so weit fortgeschritten, dass wir Gruppen von ITO  (Wellenpakete) mit einem parallelen Verlauf der elektrischen und der magnetischen Komponenten vorfinden.
Im Übergangsfeld (grün) herrscht dagegen noch eine  Art Chaos, in dem sich die Impulskomponenten der verschiedenen ITO gegenseitig verstärken oder auslöschen und sich durch WW untereinander erste lockere Gruppierungen (Wellenpakete) bilden.

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Die Fortpflanzung von Energie als Welle

Fermionen und Bosonen eint, dass beide genau bestimmte Portionen von Energie enthalten und beide der Energieerhaltung unterliegen. Bosonen bewegen sich im Vakuum mit C - Fermionen dagegen werden c niemals erreichen.
Die Fortpflanzung einer elektromagnetische Wellen im Raum kann deshalb nicht wie bei Fermionen als ´geschlossene Schwingungsfigur´ beschrieben werden, .
Trotzdem stehen Fermionen und Bosonen mit ihrer Umgebung in ständiger WW. Das WW- Prinzip der Bosonen mit der Umgebung beruht ebenso auf einem sich ständig erneuernden, aber ständig weiter gereichtem Gleichgewicht.

Im Gegensatz zur geschlossenen Schwingung eines Fermion sehen wir die elektromagnetischen Welle  zunächst als ´offene´ Schwingung an. Die Fortpflanzung der Energie geht auch hier auf den WW-Prozess mit neutralen ITO der Umgebung zurück, ähnlich dem Prozess, den wir von bewegten Fermionen kennen - nur ist die Schwingungsfigur der Bosonen eben nicht geschlossen.

Die von Defektelektronen und den Elektronen ausgehenden ITO vermitteln dabei ihren Bewegungsimpuls und ihren Eigendrehimpuls an das in der Bewegungsrichtung nächstliegende ´neutrale´ ITO und dieses gibt diese Energie  weiter...
Zur Veranschaulichung eines elektromagnetischen Wellenpaketes stellt man sich am besten eine Art Soliton vor, welches sich aus einer longitudinalen Weitergabe des Bewegungsimpulses (analog Druckwelle) und einer quer dazu liegenden transversalen Ebene ergibt, in der die Weitergabe des Drehimpulses erfolgt.

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Gegenüberstellung von Fermionen Bosonen

Beides sind Schwingungsfiguren, die bei ihrer WW mit der Umgebung unablässig ´Spuren´ ihrer Existenz in die Umgebung senden. Bei Fermionen nannten wir diese bereits ´virtuelle Wellen´ (auch ´verdeckte Parameter´).
Da  ITO selbst keiner Geschwindigkeitsbeschränkung unterliegen, können sie sich selbst im Raum kurzzeitig auch schneller als mit c bewegen. Siehe auch hier: Doppelspaltversuch.

Auch offene Schwingungsfiguren hinterlassen  solche ´Spuren´ im Raum. Tatsächlich zeigt im Doppelspaltversuch schon ein einzelnes Photon seinen Wellencharakter. Es gibt also keinen Zweifel, dass der Raum / das Vakuum von der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle ´erfährt´ und dass er mit diesem ´Wissen´ auf die Bahn des Photons jenseits des Doppelspaltes lenkend einwirkt.
Wäre das Photon ein einzelnes, frei fliegendes ITO, dann könnte es dem ´Raum´ niemals dieses Wissen vermitteln. Das ist nur möglich, wenn die Energieportion Photon sich unablässig mit der lokalen Umgebung in Impulsaustausch - in WW - befindet und darin ´Spuren´ hinterlässt.

Bild unten: These der Bohmsche Führungswellen, welche die Bahn sowohl geschlossener als auch offener Schwingungsfiguren beim Doppelspaltexperiment ´lenken´ könnten.