Поле (физика)

Физическое поле – вид материи на макроскопическом уровне, посредник взаимодействия между частицами вещества или удаленными друг от друга макроскопическими телами. Примерами поля физического является электромагнитное поле, гравитационное поле, поле ядерных сил. Часто понятие «физическое поле» применяют к совокупности распределенных физических величин, как, например, векторное поле скоростей и скалярные поля давлений и температур в потоке жидкости или газа, тензорное поле механических напряжений в деформированном твердом теле.
Понятие силового поля возникло в классической механике, которая использует принцип дальнодействия, и было способом описания взаимодействия между частицами вещества.
Физическое поле приобрело характер физической реальности с установлением конечности скорости распространения взаимодействия (электромагнитное и гравитационное поля) и возникновением классической электродинамики и теории относительности. Противопоставление вещества и поля как дискретного и непрерывного был снят на уровне элементарных частиц.
Квантовая теория поля с помощью квантования ставит каждой частице в соответствие поле с определенными трансформационными свойствами относительно пространства-времени и групп симметрий частиц.
Идея силового поля в классической физике в том, чтобы выделить в силах, действующих на физическое тело, множители, характеризующие тело и множители, характеризующие другие тела. Например, сила гравитации, действующая на тело с массой m со стороны других тел с массами m j может быть записана по закону всемирного тяготения в виде

,

где G – гравитационная постоянная, а – Расстояние между данным телом и телом с индексом j.
Выделяя в этом выражении массу выбранного тела, можно записать

,

где величина



не зависит от характеристики (массы) исследуемого тела.
Векторное поле ,

где – Векторное поле, которое называется напряженностью электрического поля и равна

.

В этом случае сила взаимодействия тоже записывается, как произведение характеристики исследуемого тела (заряда), а вся информация о других заряды сводится к введению единой векторной величины – напряженности электрического поля.
Приведенные определения полей опираются на принцип дальнодействия и справедливы лишь для классической физики. Если частицы, которые определяют поле двигаться, то в рамках классической физики, изучаемая частица моментально чувствовать изменение их положения.
Однако, при применении принципа близкодействия, справедливого в рамках теории относительности, информация о перемещении тел передается не мгновенно и требует посредника, поэтому понятие поля набирает значение отдельной сущности, перемещение которой в пространстве требует для своего описания отдельных уравнений.
Так, с учетом близкодействия, сила, действующая на заряд, опять же записываться

,

однако напряженность электрического поля находится из уравнений Максвелла. Она равна приведенном выше выражения лишь в случае неподвижных зарядов.
Подробные сведения по этой теме Вы можете найти в статье Запаздывание.