Поле в
физике — физический объект, классически описываемый математическим
скалярным,
векторным,
тензорным,
спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае
уравнениями поля или
полевыми уравнениями — обычно это
дифференциальные уравнения в частных производных). Другими словами, физическое поле представляется некоторой динамической физической величиной
[1] (называемой
полевой переменной[2]), определённой во всех
[3] точках пространства (и принимающей, вообще говоря, разные значения в разных точках пространства, к тому же меняющейся со временем
[4]).[
источник не указан 1359 дней]
В
квантовой теории поля — полевая переменная может рассматриваться формально подобно тому, как в обычной квантовой механике рассматривается пространственная координата, и полевой переменной сопоставляется
квантовый операторсоответствующего названия.
Полевая парадигма, представляющая всю физическую реальность на фундаментальном уровне сводящейся к небольшому количеству взаимодействующих (квантованных) полей, является не только одной из важнейших в современной физике, но, пожалуй, безусловно главенствующей
[5].
- Проще всего наглядно представить себе поле (когда речь идет, например, о фундаментальных полях, не имеющих очевидной непосредственной механической природы[6]) как возмущение (отклонение от равновесия, движение) некоторой (гипотетической или просто воображаемой) сплошной среды, заполняющей всё пространство. Например, как деформацию упругой среды, уравнения движения которой совпадают с или близки к полевым уравнениям того более абстрактного поля, которое мы хотим наглядно себе представить. Исторически такая среда называлась эфиром, однако впоследствии термин практически полностью вышел из употребления[7], а его подразумеваемая физически содержательная часть слилась с самим понятием поля. Тем не менее, для принципиального наглядного понимания концепции физического поля в общих чертах такое представление полезно, с учетом того, что в рамках современной физики такой подход обычно принимается по большому счету лишь на правах иллюстрации[8].
Физическое поле, таким образом, можно характеризовать как распределенную динамическую систему, обладающую бесконечным числом
степеней свободы.
Роль полевой переменной для фундаментальных полей часто играет потенциал (скалярный, векторный, тензорный), иногда — величина, называемая напряжённостью поля. (Для
квантованных полей в некотором смысле обобщением классического понятия полевой переменной также является соответствующий
оператор).
Также
полем в физике называют
физическую величину, рассматриваемую как зависящую от места: как полный набор, вообще говоря, разных значений этой величины для всех точек некоторого протяженного непрерывного тела —
сплошной среды, описывающий в своей совокупности состояние или движение этого протяженного тела
[9]. Примерами таких полей может быть:
- температура (вообще говоря разная в разных точках, а также и в разные моменты времени) в некоторой среде (например, в кристалле, жидкости или газе) — (скалярное) поле температуры,
- скорость всех элементов некоторого объёма жидкости — векторное поле скоростей,
- векторное поле смещений и тензорное поле напряжений при деформации упругого тела.
Динамика таких полей также описывается
дифференциальными уравнениями в частных производных, и исторически первыми, начиная с XVIII века, в физике рассматривались именно такие поля.
Современная концепция физического поля выросла из идеи
электромагнитного поля, впервые осознанной в физически конкретном и сравнительно близком к современному виде
Фарадеем, математически же последовательно реализованной
Максвеллом — изначально с использованием механической модели гипотетической сплошной среды —
эфира, но затем вышедшей за рамки использования механической модели.
А где поле?
