物理學中的場是什麼?

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場是一個比較抽象的概念,如果定義的話,我們可暫時把它定義為:物理量在時空(時間和空間)中的分佈。

如果物理量是標量,這個場就是標量場。溫度場就是一個標量場,我們可以設想一個屋子,屋子裡有個壁爐,然後屋子裡各個不同地方溫度是不一樣的,我們可以設想一個“溫度(位置)”的函數,這就是溫度場。

乍一看定義溫度場並沒有什麼意思,但考慮到熱傳導方程這一偏微分方程,我們就理解為什麼溫度場是個很有用的物理概念了。

緊接著科學家又研究了電場和磁場,並仿照熱傳導方程寫出了電場和磁場應當滿足的偏微分方程,這就是麥克斯韋方程組,電場和磁場都是向量,這使得求解電磁場的問題變得很複雜。

如此複雜的數學對象(電磁場)卻是一個根本沒學過數學的實驗物理學家——法拉第——發明的。

法拉第的力線:把磁鐵放在透明塑料板下面,然後在塑料板上撒上一層磁屑,輕輕拍打塑料板,板上的磁屑會逐漸排成如圖的樣子,這就是法拉第的力線,力線的密度正比於場的強度,力線的切線方向對應場的方向。

在量子力學被發現後,我們也可以針對場進行量子化,這樣就得到了量子場論,在量子場論中,量子力學基態對應真空,而在此基礎上的量子激發對應粒子。


物理思維

這個問題是很好的,在物理學中,場是一個很抽象的概念。大致上來說,我們可以從兩個不同的角度來剖析這個概念。

1.經典場

如果我們把考慮量子性,那麼這時候的場就是經典場。比如說電磁場,引力場都可以被認為是經典場。經典場是什麼?一般來說可以細分為標量場、矢量場以及張量場。當然如果我們把標量看成是 (0,0)型張量,把矢量看成是(1,0)型張量,那麼一切經典場都是張量場。

因此,經典場就是在時空上的一個區域,在每一個時空點都指定一個張量,它們之間光滑地連接起來,那就組成了一個場。

經典場的概念一開始是法拉第提出來的,對於磁場來說,我們可以用鐵屑來直觀得演示它的分佈。

經典場的概念非常廣泛,溫度,氣壓都可以看成是標量場,而引力場可以看成是一個(0,2)型的張量場。

2.量子場

量子理論的發展,要求人們把經典場量子化。把場量子化以後,就會出現粒子。比如把電磁場量子化以後,我們得到了光子。

量子場論的思想核心是場的激發,在彎曲時空的量子場論中,我們還遇見了黑洞的霍金輻射。

量子場論是一個精確的理論,其實驗精度是非常好的,比如對質子磁矩的量子場論計算與實驗就符合得非常好。

量子場論的發展與數學也有關係,威騰等人用量子場論研究三維拓撲,都取得了很好的成就。因此,量子場論是真正的科學理論。


作家張軒中

只有我明白你的意思,其實 場 也不能準確表達這個意思,場 只是人類的一個名詞,而且是借用的,究其本源, 場 字的原來的意思應該是指一塊空地,這樣看來用在物理學上還是順其自然,有點道理的。

那麼物理學上的那些場,磁場、電場、引力場什麼的,它們都有一個特點,就是不是我們通常認為的那種物質存在,通常我們認為的物質都是這種比較實的,可以觸摸到的這種實體物質存在,而場 都是看不見、摸不著的,與我們平常認為的物質屬性完全不同,甚至難以理解,雖然這種虛無縹緲的物質看不見、摸不著,但是可以通過一些物理實驗,證明確實是存在的。

那麼怎麼認識這種場呢?,其實它就是那種存在,就是不要以我們通常的常識,就是不要以像我們身體這種實體物質來理解就好了,比如假如如果 場 有思維、有智慧,它可能會嘲笑我們人太笨,太沉,太重,非得這種很沉重的物質才能存在,而 場 都是輕飄飄的,來無蹤去無影,以光速傳播,與宇宙同在。

另一方面, 場 不可知,目前來看基本是這樣,我們看不見摸不著,就是因為它和我們組成人體的物質不發生反應,場 應該是和空間一樣“精細”的物質組成的,而像空間這樣的東西基本是不可知的,這是由物理定律決定的。

場 的本質是不可知的。電場、磁場、引力場是三種不同的東西,引力場最弱,但是作用距離最遠。其實引力就是物質與物質之間的作用,總是靠近的,而不是遠離,這種作用說成 場 也可以,說成空間作用也可以,就是空間曲率的變化,空間梯度的變化也可以,比如人造衛星繞著地球旋轉,說成是有引力吸引也可以,也有物理公式可以計算,說成空間曲率也可以,比如按照空間曲率的解釋,因為地球的存在干擾了周圍空間,比如沿著人造衛星運轉的那條圓線的空間曲率是一樣的,就是那個人造衛星進入這個軌道,在我們人類看來的不可思議的繞圈運行,其實在人造衛星自己看來是在一條空間梯度相等的“直線”上運行,它不用拐彎就轉彎了,就這麼神奇。

至於為什麼物質要互相吸引?,為什麼要有引力?,以前的解釋是有引力子,但這樣有個漏洞就是引力總是互相的,所以就修補一下說是要交換引力子,所以大家也別太在意那些理論了。現在最好的理論是因為空間曲率、梯度的存在,比如地球的存在干擾了周圍的空間,我們人就像坐在一個斜坡上,所以總是要往下滑、往下掉一樣,至於更好、更深的解釋,目前還沒有。

至於 場 為什麼不可知?,這是有些道理在裡面限制的。大家知道所謂科學、理論都是我們人類認識、認知的,但是任何理論都有一個缺陷,就是任何理論都必須先有一些假設的公理,這個是埃及、希臘人發明的幾何定理就首先知道的,大家知道幾何學是有幾個假設的、無法證明的公理的,比如三角形的內角之和為180度,就是像幾何學一樣,任何理論都必須先有、先假設一些東西,然後才能在這些東西以上,建立起一套完整的,嚴謹的邏輯理論。其實人類的所有理論都一樣,都必須先有概念,就是人類通過自己的思維、認識,先產生一些概念、定義、名詞,然後才能在概念之上進行推理、驗證。但是這些最基本的概念無法驗證。

哲學上有個理髮師原理,說的就是這個情況,就是假設在一個鎮子上只有一個理髮師,那麼他只能給其它所有人理髮,但是他不能給自己理髮,說的就是這個意思,打的就是這個比喻。

大家知道牛頓創立了經典物理學,後來愛因斯坦發明了相對論,後來畢達哥拉斯學派創立了量子物理,當一切都塵埃落定以後,物理學家們召開了一次閉門的秘密會議,議題就是怎麼理解物理學?,怎麼理解宇宙?,物理學家經過討論,提出了一個叫做“只做一步猜想”的原則,具體內容就是,面對這個宇宙,我們可以通過猜想得出結論,就是:物理定律是先天存在的,但是不做下一步猜想,比如:這些定律寫在哪裡?,是誰創造的?

所以,理髮師原理,和“只做一步猜想”原則,一個從小,一個從大,是限制我們的兩大原則,也決定了我們的認識、科學的邊界,也是物理學家的道德準則,即物理學家們不能隨便胡說八道。也限制了物理學和物理學家們走向神學。

從物理事實來講,我們宇宙中的物質,可以分為重子和輕子,重子就是像組成我們人的物質這樣,包括分子、原子、質子、中子等,輕子就是像包括光子、電場、磁場、引力場這樣的,我們人類的科學其實就是用輕子去研究重子,而輕子除非一些特殊情況,一般是沒法研究的,就算外星人的科學也肯定是一樣的。另一方面,比如研究微觀粒子,必須用更微觀、更精細的實驗儀器,才能研究下一層粒子,如果實驗儀器比研究對象還粗糙,那是沒法研究的,就是如果想要去研究下一層粒子,但是下一層粒子還沒有研究明白,但是實驗要求儀器必須是由下一層粒子構成的,或者與下一層粒子發生反應,這樣我們才能知道,但這是不可能的,所以邏輯本身已經限制了去研究。

所以,大概來說,像空間,場,場是什麼,物質是什麼,宇宙是什麼,像這樣的問題都是不可知的。但是,雖然不可知,也並不妨礙我們什麼,我們有個科學的態度就可以了,放輕鬆些,也不要鑽牛角尖,否則真容易腦子產生問題,就是這樣,簡單就說這麼多,歡迎討論。


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記住雙方對抗無雙贏,國正雙贏理論可以用於日常所有的事物,幫助世界上所有的人理解雙贏概念的理論,只有大於兩個以上的合作,才能談雙贏。我們團結更多的人一起進行多元化合作,我們雙方才會出現雙贏。雙贏、共贏,就是國正。國正裡有無數個分宇宙單獨為每一個人運行,在不同的時刻,有幾個或更多的人達到共贏。

《博弈聖經》上說:事物不是完全對立的,國比正大。

《博弈聖經》上說:正的對面是國,共贏、雙贏在國正裡。

《博弈聖經》上說:雙贏共贏是一個大於2的複雜狀態。

《博弈聖經》中說過,兩次直觀才可進入實體,實體是國,可以從中剝離出無數正的可能。

《博弈聖經》中說:“國正論的非絕對對立性沒有理性,是一種觀念。”

人們用對應的國正論和自然哲學思維,用國正論的非絕對對立的觀點,將所有的事物都看成一大塊一小塊,大塊為國,小塊為正,經過人與對應物,將它區分出大小,給以歸類,表現人的文化派別觀念,這就是知識的雛形。

 為什麼會有矛盾論?為什麼世界上只有兩種派別?這是大自然給定的國正論,是非絕對對立性的兩塊,一大塊,一小塊,大塊為國,小塊為正。無論多麼複雜的事物,人的大腦都會把一個實體粗略地分為兩塊。《博弈聖經》在《哲學是博弈的路標》一文中陳述了國正論形成的過程:“過去、現在和未來一起構成了時間的特徵,通過時間,我們把主觀認識的【在場】的東西持續不斷地引入了思想中,一旦我們深思它,未來的它就是大小不同的兩塊,我們把分配給它的時間在它上面停留,一段時間之後,物體便會區分出大小。因此,心靈活動創造了觀念,經驗觀察提供了理智。兩塊物體在時間的交互中,我們就以各種矛盾思考並陳述這些東西,這樣我們就處於各種矛盾的陳述中。”


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原子的概念一直沒有在東方文明中形成,而場的概念在東方文化裡卻是非常自然的。空間任何一點除了座標性質以外再附加物理量就是場了。這樣,同一點可以有許多不同的場疊加,這是原子論無法實現的。場的概念在實踐中遇到了許多數學困難:自洽和完備性無法保障。比如引力場會有奇點,電磁場存在獨立於空間參照座標的速度量,量子場存在無限大積分。。。。。但是不管怎麼樣,對物理學來說場的概念是進步,是正確方向,儘管數學家目瞪口呆,物理學家用各種下三濫手段繼續發展場的理論,取得了巨大成功。場最新的成果就是證明Higgs場的存在,這讓霍金等完美主義者非常失望,因為所謂Higgs場純粹是為了堵漏而隨意引進的,不具備美的特性。場的概念還打破了原子論概念中的存在層次和更加基本粒子的想法,也就是說宇宙沒有層次結構,物質不是無限可分的。那麼問題來了,辣嚒多的場是不是可以統一呢?愛因斯坦花了後半輩子無果而終。


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在宇宙誕生只前的世界是純粹完整自旋的能量三態0n1n2n的超旋虛無狀態。直到以非泡利原則隨機物理結合成玻爾所描繪的波形成,仍然是空無一無。當偶然波動發生共振事件(即奇點事件),便出現了超旋解體,結果是產生完整的旋態和受損的旋態兩種波態。物理學上稱之為玻色子和費米子。就像感情受到傷害的怨婦必有一種怨氣似的,費米子一定自帶一種場_本能想修復的願望。作為幸運的玻色子則用來作為中介用於修復,於是,被物理學稱為基本力的兩種強作用力和弱作用力便出現了。宇宙最初的基粒核應運而生。同時,某些核形成後,仍更不完美,呈現電陽性(類費米子),即表現為場性,一但機會適合(勢能出現)這種場性定會轉變為力,即第三種力點磁力。還有一種情緒久是再後來的由逛子和點子主導的物質世界初現後,這些形形式式物質間也發生類似超旋似的作為,就是第四類力_萬有引力。由以上對力的認識,反過來理解場便不難。可以狹義地將其理解為單獨電荷不同狀況下的表現。當電荷處於相對靜止時,僅有電場。其意義在於維持自身靜止的平衡,就好像蜂鳥懸在空中須振翅似的。兒一旦變為運行狀態,即出現電流,者種場力自然消失,化為動力運動,而在運動中必須有作為保證穩定的場護航,於是,磁場便產生。故力和場皆是能量的自我分配,功能卻不同,一個是靜止態用來維穩的場,一個是運動狀態作功的力。如此這般理解場可以麼?


張三170658446

謝大刀吧主的水彩小鋪朋友邀答!

您問物理學中的場是什麼?一見提問,就聯想到了磁場,人與人之間的磁場可能就是物以類聚,人以群分,這裡面的場,就是氣味相投了,由此可見,場是一個抽象概念,說無,它又確實在那裡,說有,看不見,摸不到,不知是個什麼玩意。我覺得物理學上場這東西,如同人們的思想一般,時刻形成人們的意識,你說它是動態的,它存在於人們腦海,你說它是靜態的,它變化無常,沒有定式。

本想查典引論再談及一番,一見您在悟空問答上,答得這麼全面這麼細緻這麼好,真不敢再班門弄斧了,談下去也只是借花獻佛了,還是有自知之明打住為好。謝您邀答!


楚人一丁952

場具有彌散、連續特性。電磁場有物質性,具有能量、動量。引力場不具有物質性,是時空曲率的分佈,應該是信息場,相互作用信息場。溫度也是場,是信息場,是費米子運動強度信息場,也是一種相互作用信息場。微觀世界存在波函數,即幾率波,幾率場,也是一種信息場,這種場具有量子化特性,即使在無約束下,它也量子化在有理數集上。在相應的約束下,將量子化在有限循環群上。

由此可知,場論也應納入到更抽象的數學體系下。場是一個集合,一個群,一個拓撲。場這個群中的元素如果是其上的子集,由環量生成的子集,則它將構成一個拓撲。

目前看,電磁場是一個環量拓撲,或叫纖維叢拓撲。似乎玻色子場可構成拓撲,環量拓撲,而費米子場不是環量拓撲。像費米子動能場(引力場),似乎都是信息場,不是環量拓撲。

實際上,物質就是這樣一個層次一個層次組成。費米子“磚塊”粘合上玻色子“水泥”逐次形成物質“拓撲”。就像數學集合通過不斷“加括號”,形成子集,然後形成拓撲,然後形成拓撲群,即具有運算或規則的,自洽完備集。

實際上,我們只要找到“物質拓撲”上的運算,或規則,再加上形成子集的“括號”,則大一統理論就建立在了抽象數學體系上了。而且這個運算和“括號”本身又是“物質拓撲”上的子集,形成這種悖論,或自恰存在形式。

場又像“形式”,形成子集的“括號”,或費米子的一個“約束”,一種廣義的玻色子。


譚宏21

物理學中最早引入場來解釋的是磁場,在磁場實驗中,將鐵碎均勻撒到平面上,在平面中心放上一塊小磁鐵,再輕輕一抖,受磁力的影響,這些鐵碎就變成了有規律的磁力線分佈,平面是場地,磁力線在這個場地是按照規律分佈的,最後取名叫磁場,物理的場應該就是這樣來的,磁場是按空間分佈的,如果是由交流電製造的磁場,還與時間有關,後來場不但用於解釋磁場,還擴大到解釋電場和力場及溫度場等各種具有按照空間有規律分佈特點的所有場合。


龍一歐

在從量子場論講,把不同的粒子視為不同的場,屬於場的激發態,而場的基態屬於真空,處於基態的不同場是可以疊加,所以真空不空。


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