光の伝搬について

質問

物理教科書の図説で光の伝搬の図解を見かけます。
電磁界の波動と、その電磁界波動の存在する平面と直交した平面の中で、もう一つの波動、磁界の波動が、１８０度位相をずらして描かれて、相互に鎖交して互いを励起することで空間を伝播すると説明されます。
　その根拠はなんでしょう。数式はなんでしょう。それの書かれた本はありますか。

　物理では波動が存在または伝搬するとき、その媒体が必要とされます。
　ところが光に媒体が無いのに伝搬するので、媒体と鎖交の働きが等価とする根拠も必要かと思います。
　その数式や論理はどんなものでしょう。

回答No.1

rabbit_cat

電磁気学の教科書を見れば、必ず、マクスウェルの方程式、というものが載っているはずです。
マクスウェルの方程式を満たす解として、電磁波というものが存在することを示すのは容易です。

あるいは、
＞物理教科書の図説
ということは、もしかして高校生ですか？
であれば、いわゆる理系の大学に入れば、必ず、どこかで習うはずです。
（もしかしたら、情報系とか生物系とか建築とかにいくと習わないのか？）

お礼

設問に対するご回答だともっと嬉しかったんですけれど。設問手前の前提内容を答えていらっしゃるようです。

補足

３７年前に電子工学科卒です。確か磁界と電界のベクトル解で内積が0、磁界と電界は直交関係であることを習ったような気がします。再度見て学習したいと思いました。
　そして良く図説で正弦波が縦面と横面に描かれた電磁波の鎖交連鎖の絵を見かけます。
　でも平面の互いに交差した電界と磁界について事例を述べた文献や情報には出会ったことがいまだありません。
　当時はあまり気にせず、学習した直交関係と、アンテナの偏波面の方向性から、納得していました。

　でも図説のようなに各ベクトルの存在する空間が平面になるとは限らないのではないか。図説を証明する、現象と事例はあるのか見つけ出せていません。いまだに不思議に思えます。
　とくに近頃、数学的直交と電磁界の偏波面の方向性とは無関係なように思うようになりました。図説を証明する、現象と事例を知らないからです。

追加　現状の認識について

　アンテナには偏波面と指向性があります。たとえばループアンテナはアンテナ
の周が含まれる平面と直交した面内の遠方界指向性では８の字特性になります。
　そのため送信受信をループアンテナの対で３波長以上離れた位置で行うとアンテナの周が含まれる平面の送受２つが、同一面に含まれると最大信号を得ます。

　八木アンテナの対では指向性ビームの線上に向き合って、互いを前方に見ると最大信号を得ます。そして八木アンテナのアンテナ素子はどれも同一面に含まれている状況です。

　ループアンテナも八木アンテナも電界は、平面を作り、同一面に重なるとき最大信号をだったわけで、アンテナの作る平面と直交関係は同一視できたわけです。

　ところが実例でそれができなくなってきてもいます。
　ループアンテナでは、たとえば、ちかごろトピックの電力の伝送技術として、アンテナ周を含む面と直交した軸に、同軸にかつ送信アンテナの面に平行に受信アンテナの面をそろえ、数メートル離して配置したループアンテナで電力を送り、携帯タブレットの充電や、その他の身の回りの小型電気装置に無線で電力を送ることが新聞紙面を飾っています。携帯電話で置くだけで充電される原理がそれです。たぶん電磁調理器も片側は鉄なべに変わりますが電力の伝搬については原理は同じです。
　最大信号の位置が、ここでは同一面で互いに向き合うのではなく、辺周を含む面を各平行に同軸に配置したとき、伝搬エネルギーが最大となっているようです。

　電磁界の近傍界では指向性もインピーダンスも遠方界とことなることは知っています。近傍界では激しく非線形変化があることは聞いたことがあります。

　偏波には、直交偏波によるポラロイドがあること、回転円旋波という現象は知っていますが、原理は知りません。