首页 百科知识 现代科学中的物理场

现代科学中的物理场

时间:2022-09-05 百科知识 版权反馈
【摘要】:“场”概念最早用于物理学,它是一个现代物理学的基本概念,它由麦克斯韦最早提出,并成为后来者爱因斯坦广义相对论的基础。麦克斯韦的“场”理论来源于他对电磁现象的杰出研究。由此看来,现代物理学中的“场”,是指物理的两质点运动的函数关系,这一函数关系是一物体相对另一物体运动的空间性实体。

客观论之,对“语义场”思想的发现,以及“语义场”概念的发现和运用,并不来自对现有的“场”概念的抄袭、模拟和借用,纯粹是作者探索精神世界的思维-认知不断向纵深和广度两个维度发展达到一个全新的整合之境的自然呈现。但由于“语义场”概念中涉及了一个“场”,因而也就有必要对各种各样的“场”理论有所简要的比较才是。

“场”概念最早用于物理学,它是一个现代物理学的基本概念,它由麦克斯韦最早提出,并成为后来者爱因斯坦广义相对论的基础。麦克斯韦的“场”理论来源于他对电磁现象的杰出研究。麦克斯韦采用法拉第关于电磁通过媒质而发生作用的看法,并想从这种媒质中发现一种作用方式来说明一切电磁现象,“场”即是他企图说明一切电磁现象的一个新的完满的数学形式。在麦克斯韦看来,空间不应该是看成充满一群单个的触手,而应想象成那些触手在一个均匀分布、渗透一切的触手原质——电磁场——内部使自身消融了。因此,“电磁场应当看成一个基本的物理实在,是所有那些数不清的应力和张力的总和”[10]。麦克斯韦的电磁场理论是建立在一种假设基础上的,它假定空间有正在运动的物质,从而产生我们所观察的电磁现象,它渗透着一切物体,物体的存在只能使媒质稍有改变,这种媒质的各部分可由电流和磁场使其运动,这种运动可以由来自联系有关部分的力从媒质的一部分传向另一部分。在这种力的作用下,又有一种屈服,其大小依这些联系的弹性而定,所以在媒质中可以存在两种不同形式的能量,一种是媒质各部分运动的“动能”,另一种是因媒质各部分的联系所具有的弹性而储存于联系中的“势能”。

通俗地讲,这个“动能”就是电磁现象产生的动力,这个“势能”就是电磁现象所产生的惯性力。“动能”和“势能”在物理学中是“能量”的不同形式。按照经典力学的基本观念,物体都是运动的,运动着的物体都有作功的本领。物体之有作功的本领,是因为物体有能量(即相互作用所产生的力),而物体的能量又与物体的状态有关,它是物理状态的函数。因此,动能是物体由于运动而具有的能量,而势能则是物体在与力场(物体间的相互作用)中的位置有关。也正因为如此,麦克斯韦的“场”理论才变成了爱因斯坦广义相对论的基础,并由电磁场理论而产生了对统一场理论的假想与构设。

爱因斯坦指出:“相对论的本质即是事物运动的相对性,即运动总是显示为一个物体对另一个物体的相对运动……相对性原理在其最广泛的意义上是包含在如下的陈述里:全部物理现象都有这样的特征,即它们不为绝对运动概念引进提供任何依据;或者用比较简短但不那么精确的话来说,没有绝对运动,‘相对性’是对于(可以想象的)自然规律的一个严格的限制。”[11]

运动的相对性理论是以消除运动的绝对性观念为前提。在经典物理学理论中,运动的绝对性观念来源于这样一个假设,即物理空间存在着第一因——“以太”。“以太”是一个实体,是绝对运动的前提和条件。麦克斯韦以其自身的努力,发现“以太”并非它物,实质上是产生电磁现象的应力和张力的总和,“以太”是一运动物体作用于另一运动物体时的那种互为运动的“力”,这个“力”在麦克斯韦方程中由微分方程规定的场所取代,“场即物体相互作用的状态,这一状态恰恰是由两质点间的引力所敞开的本来呈现,两质点间的状态(空间)则是相对运动而言的场,而场的基体则是这两质点间的引力本身。场的基体无论在哪里(包括在有重物体内部)都是空虚的空间。物质同电磁现象发生联系,只是由于物质的基本粒子带有不变的电荷,并且因此而使这些粒子一方面受着有重动力的作用,另一方面又具有产生场的特性”[12]。因此,在相对论的场理论中,“引力”并不是推动绝对运动的力,而是一种虚空的空间,它实存于两质点间运动之中,或者说是物体的两质点运动本身的建构,但它又不是这两质点运动的物体自身,而是这两质点运动所产生的另一种实存物,这一实存物既具有重动力(势能)的作用(推动物体间的相对运动),又有产生维系这两质点间的运动的物的动力(动能)作用(两质点间运动的虚空空间本身就构成了对质点运动的场)。因此,这个“引力”被看成是产生场的基体,由此生成的场叫引力场。两质点间的引力虽然产生了引力场,但两质点间的引力又必须通过引力场来实现的,比如地球与伽俐略高塔上的铁球之间构成了一种超距作用,这一超距作用(关系)是因为地球的磁力和铁球的重力,这一磁力和重力构成了这两个不同地点都被融进于同一时间的相互作用——引力的产生。这一引力的构成,实质上是一种超距性的特定空间(地球与铁球这两个质点运动)的引力场,而地球对铁球的磁力运动和铁球对地球的重力运动都必须通过这一引力场来实现。

由此看来,现代物理学中的“场”,是指物理的两质点运动的函数关系,这一函数关系是一物体相对另一物体运动的空间性实体。因此,场与实物一样是一种客观实存,是一种物质形式,它与物质的另一种形式——实物(原子、分子以及由此组成的宏观物体)一起构成了物质世界非常丰富的图景。“场”与“实物”之间的根本区别在于:实物具有空间的排它性,即一实物占有一定的空间,此空间绝不被其他实物所占有,“场”却具有着空间的共存性和承受性,即一定的空间可以存在着许多场,场与场可以处于同一空间,场与实物也可以占有同一空间,场与实物是相互渗透、相互影响的。相对实物而言,场是能量,场是实物状态的函数;就场自身而言,它所指涉空间的疆域是状态,它切割空间的运行是能量,因此,场是能量与状态的函数。所以,场不仅是物理事实的相互作用(能量交换)的媒介,又是产生这些能量的动力。

藉此,我们可以对物理学中的“场”作如下概括:(1)场是一物体相对另一物体的那个实存的空间状态;(2)这一空间状态是这一物体对另一物体的相对运动而产生的;(3)场的产生实质上是物体间相互运动的能量的产生;(4)场是一种空间能量,这一空间能量既是维持自身存在的力,又是推动物体运动的力;(5)场也是一种物质运动形式,它随物质的相对运动而产生,又推动物质的相对运动的消失而自身消失。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈