场 (物理)

✍ dations ◷ 2025-12-05 17:53:03 #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

  • α-氧化α-氧化是脂肪酸降解的一种方式,不过较β-氧化少见。其中,α-氧化是指在α-碳上的氧化。这种代谢途径发生在某些因β-碳被封闭(如连有甲基)而无法进行β-氧化的脂肪酸中,例如植烷
  • A04A·B·C·D·G·H·QI·J·L·M·N·P·R·S·VATC代码A04(镇吐药和止呕药)是解剖学治疗学及化学分类系统的一个药物分组,这是由世界卫生组织药物统计方法整合中心(The WHO Coll
  • 卵泡膜细胞瘤卵泡膜细胞瘤(英语:Thecomas, theca cell tumors)是一种良性的卵巢肿瘤,其仅由卵泡膜细胞(英语:theca cell)组成。组织学上它隶属于性腺间质肿瘤。此类疾病是典型的雌性激素引起,并
  • 魏拉洛伯士海托尔·维拉-罗伯斯(葡萄牙语:Heitor Villa-Lobos,1887年3月5日-1959年11月17日),生于巴西,拉美最负盛名的古典乐作曲家,也是著名的指挥家和大提琴家。其音乐作品风格深受巴西民俗
  • 八大山人八大山人朱耷(1593年1月16日-1705年),谱名统.mw-parser-output ruby>rt,.mw-parser-output ruby>rtc{font-feature-settings:"ruby"1}.mw-parser-output ruby.large{font-size:2
  • 福保街道福保街道是中国广东省深圳市福田区下辖的一个街道。因取区域内南部的福田保税区之简写“福保”而得名。总面积3.75平方公里,辖区人口19.9万,下辖5个社区工作站。街道办事处驻
  • font color=#ffffff浙江/font浙江省高等院校列表是中国大陆高等学校列表的浙江省部分。截至2018年11月1日,浙江共有32所公立本科高校、26所民办本科高校、2所中外合作高校、39所公立专科高校、9所民办专
  • 马克·米切尔第二次世界大战马克·安德鲁·"派提"·米切尔(英文:Marc Andrew "Pete" Mitscher,1887年1月26日-1947年2月3日)海军上将, 在第二次世界大战期间担任太平洋战区美军快速航母特遣舰
  • 杜鲁门主义杜鲁门主义(英语:Truman Doctrine)是在美国总统杜鲁门任期内形成的美国对外政策,成为第二次世界大战后美国的对外政策核心。希腊内战期间,杜鲁门于1947年3月12日发表《国情咨文》
  • 乌戎库隆国家公园乌戎库隆国家公园(印尼语:Taman Nasional Ujung Kulon)位于印度尼西亚万丹省,爪哇岛的最西端,毗邻印度洋。这个国家公园包括喀拉喀托火山以及巴娜依丹(Panaitan)、汉都伦(Handeuleum