场 (物理)

✍ dations ◷ 2025-12-06 08:36:54 #数学物理,场论

在物理里,场(英语:Field)是一个以时空为变数的物理量。空间中弥漫着的基本相互作用被命名为“场”。场可以分为标量场、矢量场和张量场等,依据场在时空中每一点的值是标量、矢量还是张量而定。例如,经典重力场是一个矢量场:标示重力场在时空中每一个的值需要三个量,此即为重力场在每一点的重力场矢量分量。更进一步地,在每一范畴(标量、矢量、张量)之中,场还可以分为“经典场”和“量子场”两种,依据场的值是数字或量子算符而定。

场被认为是延伸至整个空间的,但实际上,每一个已知的场在够远的距离下,都会缩减至无法量测的程度。例如,在牛顿万有引力定律里,重力场的强度是和距离平方成反比的,因此地球的重力场会随着距离很快地变得不可测得(在宇宙的尺度之下)。

定义场是一个“空间里的数”,这不应该减损场在物理上所有的真实性(如定义“质量”为秤上的数字)。“场占有空间。场含有能量、动量。场的存在排除了真正的真空。”真空中没有物质,但并不是没有场的。场形成了一个“空间的状态”

当一个电荷移动时,另一个电荷并不会立刻感应到。第一个电荷会感应到一个反作用力,并获得动量,但第二个电荷则没有感应,直到第一个电荷移动的影响以光速传递到第二个电荷那里,并给予其动量之后。场的存在解决了关于第二个电荷移动前,动量存在在哪里的问题。因为依据动量守恒定律,动量必存在于某处。物理学家认为动量应该存在于场之中。如此的认定让物理学家们相信电磁场是真实的存在,使得场的概念成为整个现代物理的范式。

艾萨克·牛顿在他的万有引力定律简单地把重力定义为由于质量引起的,施加于一对物体的力。当涉及到多个物体互相影响的系统,比如太阳系,原先的定义就不方便并且有局限性了。在18世纪,一个新的概念提出来用来简化这些一对对的重力。这就是重力场,在这个场的空间上的任何一单位质量都会受到那个点所有的重力。这个理论并不是对物理规律的颠覆,而是简化了运算。你计算一个点上的总重力不管是考虑一对对重力,并把它们加起来还是首先把整个重力场计算出来,再算出哪一点上受到的力都是等价的。

经典场论仍然适用于非量子尺度的空间,依旧在科学研究中处于主流。材料的弹性、流体力学以及麦克斯韦方程都是与此理论相关的例子。最简单的场是力场。历史上,场之一概念第一次被认可是法拉第用力线描述电场.随后重力场的概念也用相似的方式提出。

用来描述两个有质量的物体的吸引力的经典场论源于牛顿万有引力定律。

迈克尔·法拉第在他研究磁学时最先意识到场作为一个物理量的重要性。他发现电场和磁场并非唯一能支配粒子运动的力场,但它们也具有独立的物理实在性,因为它们可以携带能量。

这些想法最终使詹姆斯·克拉克·麦克斯韦通过电磁场的方程组建立了物理学中第一个统一的场论。这一方程组的现代形式被称为麦克斯韦方程组。

一个带电荷q的检验粒子在静电场中会受到一个大小只与q有关的力F的作用。我们可以这样描述电场E:F=qE。通过这一关系和库仑定律,我们可以得到,点电荷周围的电场为:

静电场是保守场,因此可以用一个标量势函数V(r)来描述:

相关

  • 咆哮的二十年代咆哮的二十年代(英语:Roaring Twenties,有时为Roarin’ Twenties)是指在1920年代期间发生的西方世界和西方文化的术语。这是一个持续经济繁荣的时期,在美国和西欧具有独特的文化
  • 雇佣雇佣(英语:employment,意近:就业)是指二个伙伴之间的契约关系,其中一方为雇佣者(雇主、雇佣人),另一方为被雇佣者(雇员)。从法律意义来看,通过双方契约约定,“被雇佣者”为“雇佣者”工作
  • 韦克斯勒智力表大卫·韦克斯勒(David Wechsler,1896年1月12日-1981年5月2日)是一位美国杰出的心理学家,他制定了著名的智力量表,例如韦克斯勒成人智力量表(WAIS0)和韦克斯勒儿童智力量表(WISC)。大卫
  • 液相色谱色谱法(英语:chromatography,又称层析法)是一种分离和分析方法,在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配,以流动相对
  • 东盟十加三ASEAN+3(东盟加三),东盟+中国、日本、韩国,指的是在经济、文化等方面联系紧密的中国、日本、韩国以及东南亚国家联盟共同组成的合作机制的简称。东亚国家间的地域合作以1997年亚
  • 嘉年华龙滕氏嘉年华龙(学名:Jianianhualong tengi)是嘉年华龙属(属名:Jianianhualong)现时唯一的一个物种。 本物种的化石于今日中国东北辽宁省白菜沟约1.25亿年前的早白垩纪热河生物群义
  • 康白情康白情(1896年4月9日-1958年),原名梓纲,曾用名树嘉、叔良,字洪章,笔名有愚庵、白情、商隐等,四川安岳人,中国现代诗人。
  • 埃及广播电台埃及广播电视联盟(阿拉伯语:اتحاد الإذاعة والتليفزيون المصري‎;英语:Egyptian Radio and Television Union / ERTU),原名阿拉伯广播电视联盟。是
  • 北美十三殖民地十三个殖民地(英语:Thirteen Colonies)是指大英帝国于1607年(弗吉尼亚)至1733年(乔治亚)在北美洲大西洋沿岸建立的一系列殖民地。这些殖民地最终成为了美国独立时的组成部分,即后来
  • 英萨利英萨利(高棉语:អៀង សារី,罗马化:Ieng Sary;1925年10月24日-2013年3月14日),又译英沙里,红色高棉高层人物之一,曾任红色高棉政权副总理兼外交部长。英萨利于1925年10月24日出生