[論文レビュー] Experimental Evidence of Near-field Superluminally Propagating Electromagnetic Fields

W. D. Walker|ArXiv.org|Sep 6, 2000

Orbital Angular Momentum in Optics参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

この実験的研究は、437 MHzの振動する電気双極子源の近傍で、横方向電磁場が、源から1/4波長よりわずかに離れた位置で光速を超えて位相速度および群速度で伝播することを示している。古典的電磁力学と整合する結果であり、波は初期に無限大の速度で伝播し、1波長を超えた距離では徐々に光速に近づく。

ABSTRACT

A simple experiment is presented which indicates that electromagnetic fields propagate superluminally in the near-field next to an oscillating electric dipole source. A high frequency 437MHz, 2 watt sinusoidal electrical signal is transmitted from a dipole antenna to a parallel near-field dipole detecting antenna. The phase difference between the two antenna signals is monitored with an oscilloscope as the distance between the antennas is increased. Analysis of the phase vs distance curve indicates that superluminal transverse electric field waves (phase and group) are generated approximately one-quarter wavelength outside the source and propagate toward and away from the source. Upon creation, the transverse waves travel with infinite speed. The outgoing transverse waves reduce to the speed of light after they propagate about one wavelength away from the source. The inward propagating transverse fields rapidly reduce to the speed of light and then rapidly increase to infinite speed as they travel into the source. The results are shown to be consistent with standard electrodynamic theory.

研究の動機と目的

• 振動する電気双極子の近傍領域における電磁界の伝播特性を調査すること。
• 近傍領域における横方向電場の位相速度および群速度が光速を超えるかどうかを検証すること。
• 超光速挙動の空間的依存性を特定し、古典的電磁力学と整合するかを評価すること。
• 距離関数としての源と検出器アンテナ間の位相差を測定し、波の速度を推定すること。

提案手法

• 437 MHz、2ワットの正弦波信号を双極子アンテナから放射し、平行な近傍領域双極子検出器で受信する。
• 距離を変化させながら、源信号と検出器信号の位相差をオシロスコープで測定する。
• 位相差対距離曲線を解析し、伝播する電場の位相速度および群速度を抽出する。
• 標準的な電磁気学理論に基づく理論的分析を用いて、実験的観察を検証する。
• 実験は主に源から1波長以内の近傍領域における横方向電場成分に焦点を当てる。
• 超光速挙動の発生および発展を評価するため、1/4波長をわずかに超えた距離から測定を開始する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 双極子源の近傍領域における横方向電磁場は、位相速度および群速度が光速を超えるか？
• RQ2 超光速伝播は、源からのどの距離で開始されるか？
• RQ3 波が源から離れて伝播するに従い、近傍波の位相速度はどのように変化するか？
• RQ4 観測された超光速挙動は、古典的電磁力学と整合するか？
• RQ5 波が内向きに伝播する場合、源に近づくと速度はどのように変化するか？

主な発見

• 横方向電磁波は、源から約1/4波長の位置で、無限大の位相速度および群速度で伝播を開始する。
• 放射波は、源から約1波長伝播した後、光速に減少する。
• 内向きに伝播する電場は、源に近づくにつれて速やかに光速に減少し、その後無限大の速度に増加する。
• 観測された超光速挙動は、標準的な電磁気学理論と整合する。
• 位相速度の測定結果は距離に対して単調でなく、0.25波長以内で超光速値が観測される。
• 結果は、超光速伝播が理論的アーティファクトではなく、近傍電磁界の実際の特徴であることを確認する。