場(物理學定義)

場在數學上是指一個向量到另一個向量或數的映射。

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學的範式。

物理學術語，指某種空間區域，其中具有一定性質的物體能對與之不相接觸的類似物體施加一種力。例如，一個有質量的物體由於引力場的作用能對所有其他有質量的物體產生引力。同樣，一個帶電物體對其他帶電物體施加一種力(吸引力或排斥力，取決於極性)。磁體周圍有磁場。場通常用力線來表示，說明力作用於某一點的方向。力線密集的程度代表力的強度，從而表示該區域場的大小。

基本介紹

• 中文名：場
• 外文名：field
• 分類：矢量場、標量場、張量場
• 定義：一個向量到另一個向量或數的映射
• 物理學中：某種空間區域
• 實例：磁場、力場、電場

場的概念

場指物體在空間中的分布情況。場是用空間位置函式來表征的。在物理學中，經常要研究某種物理量在空間的分布和變化規律。如果物理量是標量，那么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。如果物理量是矢量，那么空間每一點都存在著它的大小和方向，則稱此空間為矢量場。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以太的存在，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以太的函式，同時不考慮任何決定以太的原因，那么廣義相對論以太就可以在想像中變為洛侖茲以太。”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於全空間的。

鐵屑指示出的u型磁鐵磁感線分布

在物理里，場是一個以時空為變數的物理量。場可以分為標量場、矢量場和張量場三種，依據場在時空中每一點的值是標量、矢量還是張量而定。例如，經典重力場是一個矢量場：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矢量分量。更進一步地，在每一範疇（標量、矢量、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。

場被認為是延伸至整個空間的，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。例如，在牛頓萬有引力定律里，重力場的強度是和距離平方成反比的，因此地球的重力場會隨著距離很快地變得不可測得（在宇宙的尺度之下）。

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。“場占有空間。場含有能量。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”

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。那在第二個電荷移動前，動量在哪裡呢？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。

場的物理性質

場的物理性質可以用一些定義在全空間的量描述〔例如電磁場的性質可以用電場強度和磁場強度或用一個三維矢量勢A(X,t)和一個標量勢(X,t)描述〕。這些場量是空間坐標和時間的函式,它們隨時間的變化描述場的運動。空間不同點的場量可以看作是互相獨立的動力學變數，因此場是具有連續無窮維自由度的系統。場論是關於場的性質、相互作用和運動規律的理論。量子場論則是在量子物理學基礎上建立和發展的場論，即把量子力學原理套用於場，把場看作無窮維自由度的力學系統實現其量子化而建立的理論。量子場論是粒子物理學的基礎理論並被廣泛地套用於統計物理、核理論和凝聚態理論等近代物理學的許多分支。

場

場是物質存在的空間。表現為物質時空環境中各種因素的相互作用。由愛因斯坦首先提出。實物和場是物質的兩種基本形態，這個觀點是由蘇聯學者提出來的，是對愛因斯坦的論斷加以改造的結果。空間之所以並非虛空，是由於有場存在。場不同於物質，但也是一種實在。愛因斯坦的論斷在表述上與馬克思主義哲學不相容，由於物質有實物和場兩種基本形態，出現了“場是物質的一種基本形態”的說法。但場不是物質，場是物質發生作用的範圍。在日常語言中“場”原是指場所、活動地、區域，這是一個空間用詞。“場”論所追求的是四種力(引力、電磁力、弱力、強力)或四種相互作用(引力作用、電磁作用、弱相互作用、強相互作用)的統一，“場”的實際內容是一定範圍內的物理作用。實物和場是不可分割地相互聯繫而存在的。在當代社會科學中，大量引用”場”論的觀點探索事物與環境的關係，出現了“心理場”、“審美場”、“輿論場”等社會科學觀點。

場的屬性

場的一個重要屬性是它占有一個空間，它把物理狀態作為空間和時間的函式來描述。而且，在此空間區域中，除了有限個點或某些表面外，場函式是處處連續的。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藉助於物質之間的引力場，光線和無線電的傳播要藉助於電磁場。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、質量和速度的，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。

分類

向量場

向量場 vector field（矢量場）是由一個向量對應另一個向量的函式。

建立坐標系(x,y,z)。空間中每一點(x0,y0,z0)都可以用由原點指向該點的向量表示。因此，如果空間在所有點對應一個唯一的向量(a,b,c)，那么時空中存在向量場中：

F:(x0,y0,z0)→(a,b,c)

例子

如果質點位於坐標原點(0,0,0)，則牛頓引力場是一個向量場：

F:(a,b,c)→

物理中，最常用的向量場有風場、引力場、電磁場、水流場等等。

生活中，頭上的每個點對應一個頭髮也可以看做一個向量場。

標量場

標量場 scalar field是由一個向量對應一個標量的函式。

如溫度場、密度場、濃度場等。