Поле (физика)


Физи́ческое по́ле (поле, квантовое поле, полевая функция, полевой оператор) — форма материи, физическая система, обладающая бесконечным количеством степеней свободы[1]. Самыми ранними примерами физических полей служат электромагнитное и гравитационные поля. Математически задаётся набором чисел в каждой точке пространства-времени и может быть представлено в виде скаляра, вектора, тензора, спинора или некоторой совокупностью таких чисел. Величина, через которую можно узнать обо всех интересующих нас свойствах поля, называется полевой функцией. Она описывает все физические проявления поля. Динамика физического поля подчиняется динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля[англ.] или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных). В частности, для электромагнитного поля — это уравнения Максвелла, а для гравитационного поля — уравнения Эйнштейна[2]. В современном представлении квантованные физические поля представляют собой фундаментальное понятие, с помощью которого описываются известные взаимодействия и превращения элементарных частиц[3].

Полевая функция u(x) может быть одно- или многокомпонентной полевой функцией. Ей соответствует в общем случае столбец функций четырёхмерного пространства-времени, заданных в каждой системе отсчёта. При этом переход от одной системы отсчёта к другой осуществляется с помощью преобразований Лоренца

где  — матрица преобразования, которая опредляется матрицей преобразований Лоренца[4].

Физическое поле представляется некоторой динамической физической величиной (называемой полевой переменной[5]), определённой во всех[6] точках пространства (и принимающей, вообще говоря, разные значения в разных точках пространства, к тому же меняющейся со временем[7]).[источник не указан 3835 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 оператор соответствующего названия.