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经典场论是描述物理场和物质相互作用的研究的物理理论。

内容简介

一个物理场可以视为在空间和时间的某一点赋予一个物理量(通常是以一种连续的方式)。例如,在气象预报中,某一天一个国家的风速可以用在空间的每一点赋予一个向量来表述(通过移动代表该日的风速的箭头)。经典场论一词通常是指表述两类基本自然力的物理理论:电磁力和重力。

这些场的表述在相对论之前就给出了,在相对论之下作了相应的改动。因此,经典理论可以归类为非相对论性和相对论性的。

非相对论性场

某些最简单的物理场是向量力场。历史上,第一次认真考虑了场的是法拉第表述电场的电场线。然后重力场采用了相同的表述方式。

牛顿重力

描述重力的经典场论是万有引力,其中重力是两个物质之间的相互作用。

一个具有重力质量m的粒子,在重力场中受到一个力F。我们可以定义重力场g=F/m。 我们要求探测质量m小到它的出现不扰动重力场。牛顿引力定律说两个相隔距离r的粒子。应用牛顿第二定律(对于常数惯性物质)F=ma,而观察惯性质量和引力质量的实验观察是相等的,并且达到了空前的精度。这可以导出重力场g的定义 。

电场

一个带电测试粒子,电荷q,受到一个力F,完全基于它的电荷。我们可以类似地表述电场E,使得F=qE。利用这个和库仑定律,我们可以定义单个电荷粒子产生的电场。

相对论场论

经典场论的现代表述通常要求洛伦兹共变性,因为这现在被认为是自然的基本原理。一个场论倾向于在数学上用拉格朗日量来表达。这是一个函数,用于作用原理,并给出场方程和一个该理论的守恒定律。

我们的单位全部采用c=1。

相对论场

下面给出两个最著名的洛伦兹协变经典场论。

电磁场

历史上,第一个(经典)场论是(分别)表述电场和磁场的。在大量试验之后,这两个场被发现是相关的,或者说,事实上,它们是同一个场的不同方面:这个场就是电磁场。麦克斯韦的电磁场理论描述了电磁场和带电物体的相互作用。这个场论的第一个表述采用向量场来描述电和磁场。随着狭义相对论的发展,一个更好(而且更符合力学)的表述采用了张量场。这个表述采用一个表示两个场的张量而不是两个向量场分别表述电场和磁场。

重力场

牛顿重力被发现和狭义相对论不一致后,爱因斯坦给出了引力的新理论称为广义相对论。这将引力作为由质量引起的几何现象('弯曲时空')表述,而重力场是用一个称为度量张量的张量场来表示。爱因斯坦场方程描述了这个曲率如何引入。这个场方程可以用爱因斯坦-希尔伯特作用量导出。

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非常不爽,删了吧! 相关词条:文化 出版物 书籍 经典 相互作用 气象预报 基本自然力 相对论 万有引力 重力质量 拉格朗日