力场
名词解释
力场是一种矢量场,其中与每一点相关的矢量均可用一个力来度量。力场看不见,摸不着,但它是物理学中一个很重要的基本观念,常见的力场有引力场、磁力场(简称磁场)、电力场(简称电场)等。其中磁场、电场和引力场被称为“物理中的三大场”。
根源
物理中有一个很重要的基本观念:宇宙间有某种对称性是某些现象所具有的,因此产生现象的各种力场,也就必须负起维持对称性之责。我们先看一些例子。在量子场论里我们用「电子场」描述自由电子,把这个场(场固然是算符,但同时也是时空的函数。)乘上一个「纯相」的因数(也就是绝对值为1的复数,例如(1+i)/ √ 2 ,这时,我们说:「我们对电子场做了一个全局性的相转换。」所谓全局性,是指电子场在每一个时空的点上都乘上了同一个因数,各点的遭遇是一律平等的。所谓相转换,是指某个复数量的相被改变了。物理学家相信:描述自由电子的正确理论,在此转换之下应该是不变的,也就是说,它具有全局性的相对称。更进一步,假定我们对电子场做一个「逐点性」的相转换,也就是把电子场乘上一个exp〔if(x ,y,z,t)〕的因数,此处的f(x,y,z,t)为某实函数。因为每一点上所乘的因数值各不相同,故称为逐点性。原来描述自由电子的理论,在这个新的转换之下再也不能保持原形了,也就是失去了对称性。然而这时如把理论修改扩张,引入了电磁场,则有办法得到一个新理论使他又恢复具有对称性。事实上,这个新理论便是前述的量子电动力学,它正好描述电子的电磁交互作用。由此物理学家得到一个观念,即力场的出现是由某种逐点性对称的要求所产生的。当我们要求电子场的理论具有逐点性的相对称时,便出现了电磁场。 让我们再看看核力。核子物理把质子与中子视为同一粒子(叫做核成子)的两个状态,可以说核成子带有箭头(叫做同位旋),当箭头指上时核成子以质子的状态出现,当箭头指下时则以中子的状态出现。 实验显示核力的本质与同位旋箭头的方向完全无关。实验显示核力的本质与同位旋箭头的方向完全无关。 今考虑对「核成子场」做一个逐点性的同位旋转换,亦即在每一个时空的点上分别把核成子的同位旋箭头转到不同的方向。如果我们要求描述核成子的理论在此种逐点性转换之下保持不变,则自然而然地会在理论中出现「核力场」,例如派介子场等等。
参考文献
- ↑ 汉字与中华文化,搜狐,2017-06-14
- ↑ 探究世界上唯一没有间断的古老文字系统:汉文字,搜狐,2017-06-15