[论文解读] 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 5

一句话总结

本实验研究显示，在437 MHz振荡偶极子源附近的近场区，横向电磁场以超光速传播，相速度和群速度在距源四分之一波长以外立即超过光速。结果与经典电动力学一致，表明波最初以无限速度传播，随后在超过一个波长的距离处渐近趋近光速。

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.

研究动机与目标

• 研究振荡电偶极子近场区电磁场的传播特性。
• 检验横向电场的相速度和群速度是否在近场区超过光速。
• 确定超光速行为的空间依赖性及其与经典电动力学的一致性。
• 通过测量源与探测天线之间的相位差随距离的变化，推断波的传播速度。

提出的方法

• 从偶极子天线发射437 MHz、2瓦的正弦信号，传输至平行近场偶极子探测器。
• 通过示波器测量随间距变化的源信号与探测信号之间的相位差。
• 分析相位-距离曲线，提取传播场的相速度和群速度。
• 基于标准电动力学理论进行理论分析，以验证实验观测结果。
• 实验聚焦于源附近一个波长范围内的横向电场分量，特别是近场区。
• 测量从略大于四分之一波长的距离开始，以评估超光速行为的起始与演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 偶极子源近场区的横向电磁场是否表现出相速度和群速度超过光速？
• RQ2 在距源多远的距离上，近场区开始出现超光速传播？
• RQ3 近场波的相速度在远离源传播时如何演化？
• RQ4 观测到的超光速行为是否与经典电动力学一致？
• RQ5 当向内传播的场接近并进入源时，其速度如何变化？

主要发现

• 横向电磁波在距源约四分之一波长处开始传播，相速度和群速度均为无限大。
• 向外传播的波在距源约一个波长后，速度减小至光速。
• 向内传播的场在接近源时迅速减小至光速，随后在接近源时增至无限速度。
• 观测到的超光速行为与标准电动力学理论一致。
• 相速度测量显示其与距离呈非单调依赖关系，超光速值出现在前0.25个波长内。
• 结果证实，超光速传播是近场电磁场的真实特征，而非理论伪影。