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物理學中關於場的概念,其實不難理解!

場的定義是這樣的:在物理裡, 場(英語:Field)是一個以時空為變數的物理量。 場可以分為標量場、向量場和張量場等, 依據場在時空中每一點的值是標量、向量還是張量而定。

例如, 經典重力場是一個向量場:標示重力場在時空中每一個的值需要三個量, 此即為重力場在每一點的重力場向量分量。 更進一步地, 在每一範疇(標量、向量、張量)之中, 場還可以分為“經典場”和“量子場”兩種, 依據場的值是數字或量子算符而定。 但兩者之間, 其實沒有明確的界限。 這一點在本書中多次有提及。

例如, 溫度場或者勢能場。 地球上的每個點都有各自的溫度或勢能, 它們只有大小沒有方向。 如果物理量是向量, 則對應的是向量場, 例如, 引力場、靜電場、磁場以及流速場等。

以引力場為例, 地球上的每個點都受到引力的作用, 方向指向地心, 它們既有大小又有方向。 張量場的例子包括連續介質力學中的應力場和形變場, 或者廣義相對論中的應力能張量場。

在粒子物理學中, 自旋為s的粒子由2s維旋量場描述, 其中s是一個整數或半整數。 例如, 費米子是由旋量場描述。

場被認為是延伸至整個空間的, 具有廣域性。 但實際上,

每一個已知的場在夠遠的距離下, 都會縮減至無法量測的程度。 上面引力場就是案例, 漸進自由也是。

定義場是一個“空間裡的數”, 這不應該減損場在物理上所有的真實性。 “場佔有空間。 場含有能量、動量。 場的存在排除了真正的真空。 ”

真空中沒有物質, 但並不是沒有場的。 場形成了一個“空間的狀態”

各位這一點非常非常重要。 宇宙中充實著各種場, 就證明了真空不空。 當然真空不空的證明, 還有很多, 前面的章節也有詳解, 在此不再重複。

以電磁學為例來講:當一個電荷移動時, 另一個電荷並不會立刻感應到。 第一個電荷會感應到一個反作用力, 並獲得動量, 但第二個電荷則沒有感應, 直到第一個電荷移動的影響以光速傳遞到第二個電荷那裡, 並給予其動量之後才移動。 所以場的存在解決了關於第二個電荷移動前, 動量存在在哪裡的問題。

因為依據動量守恆定律, 動量必存在於某處。 物理學家認為動量應該存在於場之中。 如此的認定讓物理學家們相信電磁場是真實的存在,

使得場的概念成為整個現代物理的範式。

在物理學中, 場是指每個點都受到力的作用的一種空間區域。 現代物理學中場的概念最早由法拉第提出的, 愛因斯坦對此大加讚賞。

在地球周圍的引力場中, 物體會受到引力的作用而落到地上。 在帶電體周圍的電場中,帶電粒子會受到庫侖力的作用而被吸引或排斥。在磁鐵周圍的磁場中,迴紋針,鐵屑會受到磁力而被拽向磁鐵。

場的強度,或者說某一特定區域的力的大小,可以用場線來表示。場線越靠近,在這一區域的作用力就越強。但場線是我們為了形象好理解而用的工具。

場指物體在空間中的分佈情況。場是用空間位置函數來表徵的。在物理學中,經常要研究某種物理量在空間的分佈和變化規律。如果物理量是標量,那麼空間每一點都對應著該物理量的一個確定數值,則稱此空間為標量場。如電勢場、溫度場等。

如果物理量是向量,那麼空間每一點都存在著它的大小和方向,則稱此空間為向量場。如電場、速度場等。

場是一種特殊物質,看不見摸不著,但它確實存在。比如引力場、磁場等等。愛因斯坦在狹義相對論中否定乙太的存在,但廣義相對論的建立體現了愛因斯坦思想的明顯改變。他指出:廣義相對論“是一種場論”,“如果用常數代替那些描述廣義相對論乙太的函數,同時不考慮任何決定乙太的原因,那麼廣義相對論乙太就可以在想像中變為洛侖茲乙太。”愛因斯坦甚至試圖把各種場統一起來,形成一種完美無瑕的理論。場是物質存在的一種基本形式。這種形式的主要特徵在於場是彌散于全空間的。

場的一個重要屬性是它佔有空間,是物質存在的表現形式,它把物理狀態作為空間和時間的函數來描述。而且,在此空間區域中,除了有限個點或某些表面外,場函數是處處連續的。若物理狀態與時間無關,則為靜態場,反之,則為動態場或時變場。

物質存在的基本形態之一。例如,天地之間的相互吸引是借助於物質之間的引力場,光線和無線電的傳播要借助於電磁場。場存在於相互作用的物質之間的空間。

對場的認識和場概念的確立,反映了人類對物質世界認識和利用能力的提高,是對物質觀的豐富和更新。比如對帶電體之間相互作用的認識,長期以來一直認為是一種超距作用,即一個帶電體對另一個帶電體的作用是直接給予的,不需要中間物質傳遞,也不需要時間。

到19世紀初,科學家發現了帶電體周圍的空間具有特殊性,形成了電場概念,明確了一個帶電體對另一個帶電體的作用是通過電場進行的。以後的進一步研究,發現電場也是有能量、動量、品質和速度的,並逐步形成了電磁場理論。電磁場的研究和電磁波的利用把人類帶進了資訊時代,而對引力場的研究則為人類遨遊太空提供了理論基礎。

現在物理是經典物理,還是量子物理,有很多場論理論。給大家說幾個。電磁場,靜電場,靜磁場,引力場,楊——米爾斯場,希格斯場等等。

其中我在《變化》討論過引力與電磁場的關係,上一章還討論了引力場和希格斯場之間的關係,感興趣的可以去看一下。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》此書電子版淘寶有。

在帶電體周圍的電場中,帶電粒子會受到庫侖力的作用而被吸引或排斥。在磁鐵周圍的磁場中,迴紋針,鐵屑會受到磁力而被拽向磁鐵。

場的強度,或者說某一特定區域的力的大小,可以用場線來表示。場線越靠近,在這一區域的作用力就越強。但場線是我們為了形象好理解而用的工具。

場指物體在空間中的分佈情況。場是用空間位置函數來表徵的。在物理學中,經常要研究某種物理量在空間的分佈和變化規律。如果物理量是標量,那麼空間每一點都對應著該物理量的一個確定數值,則稱此空間為標量場。如電勢場、溫度場等。

如果物理量是向量,那麼空間每一點都存在著它的大小和方向,則稱此空間為向量場。如電場、速度場等。

場是一種特殊物質,看不見摸不著,但它確實存在。比如引力場、磁場等等。愛因斯坦在狹義相對論中否定乙太的存在,但廣義相對論的建立體現了愛因斯坦思想的明顯改變。他指出:廣義相對論“是一種場論”,“如果用常數代替那些描述廣義相對論乙太的函數,同時不考慮任何決定乙太的原因,那麼廣義相對論乙太就可以在想像中變為洛侖茲乙太。”愛因斯坦甚至試圖把各種場統一起來,形成一種完美無瑕的理論。場是物質存在的一種基本形式。這種形式的主要特徵在於場是彌散于全空間的。

場的一個重要屬性是它佔有空間,是物質存在的表現形式,它把物理狀態作為空間和時間的函數來描述。而且,在此空間區域中,除了有限個點或某些表面外,場函數是處處連續的。若物理狀態與時間無關,則為靜態場,反之,則為動態場或時變場。

物質存在的基本形態之一。例如,天地之間的相互吸引是借助於物質之間的引力場,光線和無線電的傳播要借助於電磁場。場存在於相互作用的物質之間的空間。

對場的認識和場概念的確立,反映了人類對物質世界認識和利用能力的提高,是對物質觀的豐富和更新。比如對帶電體之間相互作用的認識,長期以來一直認為是一種超距作用,即一個帶電體對另一個帶電體的作用是直接給予的,不需要中間物質傳遞,也不需要時間。

到19世紀初,科學家發現了帶電體周圍的空間具有特殊性,形成了電場概念,明確了一個帶電體對另一個帶電體的作用是通過電場進行的。以後的進一步研究,發現電場也是有能量、動量、品質和速度的,並逐步形成了電磁場理論。電磁場的研究和電磁波的利用把人類帶進了資訊時代,而對引力場的研究則為人類遨遊太空提供了理論基礎。

現在物理是經典物理,還是量子物理,有很多場論理論。給大家說幾個。電磁場,靜電場,靜磁場,引力場,楊——米爾斯場,希格斯場等等。

其中我在《變化》討論過引力與電磁場的關係,上一章還討論了引力場和希格斯場之間的關係,感興趣的可以去看一下。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》此書電子版淘寶有。

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