[논문 리뷰] Experimental Evidence of Near-field Superluminally Propagating Electromagnetic Fields

W. D. Walker|ArXiv.org|2000. 09. 06.

Orbital Angular Momentum in Optics참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 실험적 연구는 437 MHz에서 진동하는 전기 dipole 소스 근처의 횡방향 전자기장이 근접 영역에서 초광속으로 전파됨을 보여주며, 소스에서 1/4 파장보다 약간 넘는 거리에서 위상 속도와 군속도가 빛의 속도를 초과한다. 이 결과들은 고전 전자기학과 일치하며, 파장이 1개 이상인 거리에서 점점 빛의 속도에 수렴하는 파동이 처음에는 무한대의 속도로 전파됨을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 진동하는 전기 dipole의 근접 영역에서 전자기장의 전파 특성에 대해 조사한다.
• 근접 영역에서 횡방향 전기장의 위상 속도와 군속도가 빛의 속도를 초과하는지 테스트한다.
• 초광속 행동의 공간적 의존성과 고전 전자기학과의 일관성을 규명한다.
• 거리에 따라 소스와 탐지기 안테나 사이의 위상 차이를 측정하여 파동의 속도를 유추한다.

제안 방법

• 2-watt, 437 MHz의 정현파 신호가 dipole 안테나에서 방출되어 평행한 근접 영역의 dipole 탐지기로 전송된다.
• 거리 간격을 변화시키며 오실로스코프를 사용하여 소스 신호와 탐지기 신호 간의 위상 차이를 측정한다.
• 위상-거리 곡선을 분석하여 전파되는 필드의 위상 속도와 군속도를 추출한다.
• 표준 전자기학 이론에 기반한 이론적 분석을 통해 실험 관측치를 검증한다.
• 실험은 주로 소스에서 1파장 이내의 근접 영역에서의 횡방향 전기장 성분에 집중한다.
• 초광속 행동의 시작과 진화를 평가하기 위해 1/4 파장보다 약간 먼 거리에서부터 측정을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 dipole 소스의 근접 영역에서 횡방향 전자기장이 위상 속도와 군속도가 빛의 속도를 초과하는가?
• RQ2 근접 영역에서 소스에서 어느 거리에서 초광속 전파가 시작되는가?
• RQ3 근접 영역의 파동이 소스에서 멀어지면서 위상 속도는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 관측된 초광속 행동은 고전 전자기학과 일치하는가?
• RQ5 내부로 전파되는 필드가 소스에 접근하고 들어갈 때 속도는 어떻게 되는가?

주요 결과

• 횡방향 전자기파는 소스에서 약 1/4 파장 거리에서 무한대의 위상 속도와 군속도로 전파되기 시작한다.
• 출발한 지 약 1파장 거리에서 파동의 속도는 빛의 속도로 감소한다.
• 내부로 전파되는 필드는 소스에 접근함에 따라 빛의 속도로 급격히 감소한 후 다시 무한대의 속도로 증가한다.
• 관측된 초광속 행동은 표준 전자기학 이론과 일치한다.
• 위상 속도 측정치는 거리에 따라 비단조화적인 의존성을 보이며, 초광속 값은 첫 0.25 파장 이내에서 발생한다.
• 결과는 초광속 전파가 이론적 오류가 아니라 근접 영역 전자기장의 실제 특성임을 확인한다.