场 (物理)

✍ dations ◷ 2025-12-09 13:14:48 #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

  • 立克次体目立克次体目是变形菌门中的一目,大部分已知的物种都只是以其他细胞的内共生体的形式存在。其中有一些是很有名的病原体,包括立克次体,它引起许多人类的疾病。另一方面,对立克次体
  • 地质学原理地质学原理(英文:Principles of Geology)是英国地质学家查理斯·莱尔的名著。1830年至1833年间分成三卷先后出版,莱尔在书中阐述了均变论的观点,认为山川河流的形成都是长时间积
  • 乌瑟卡拉乌瑟卡拉(Userkare)是埃及第六王朝的第二位法老,可能以不正常手段登位,在位时间短促,后来由前任法老特提之子佩皮一世取代。托勒密时期的历史学家曼涅托记载特提被自己的卫队杀害
  • 乳头凹陷乳头凹陷也称为乳头内陷,是指乳头凹陷,未突出乳房的情形。凹陷的乳头若受到刺激,也可能会暂时突出。女性和男性都可能有乳头凹陷的症状。最常见的病因包括:大约10-20%的女性出生
  • 巴洛克画派巴洛克绘画是指巴洛克艺术运动中的绘画流派。巴洛克绘画在1600年左右开始形成气候,在整个17世纪到18世纪初的艺术界都有较大的影响力。其作品特征为富有丰富而浓重的色彩和大
  • 五趣上座部佛教上座部佛教《长部》33经记载五趣是地狱、畜生、鬼、人、天神。汉传佛教《杂阿含经》卷15〈406经〉:“佛告阿难:“盲龟浮木,虽复差违,或复相得。愚痴凡夫漂流五趣,暂复
  • 平阳公主平阳公主可以指以下人物:
  • 褐变褐变或Food browning是指因食物所含有的物质进行化学反应而令食物转变为黄褐色的过程。 褐变可指:
  • 卡洛斯·梅内姆卡洛斯·萨乌尔·梅内姆(西班牙语:Carlos Saúl Menem,1930年7月2日-),前阿根廷总统。出生于阿根廷拉里奥哈省阿尼利亚科镇一个穆斯林背景的家庭,他的父亲是叙利亚移民。虽然梅内姆
  • 苏联入侵满洲苏联决定性胜利满洲战略攻势行动(俄语:Маньчжурской стратегической наступательной операции,又名“八月风暴行动”、“满