สนาม (ฟิสิกส์)

ภายใต้กรอบความคิดสมัยใหม่ของทฤษฎีสนามควอนตัม แม้จะไม่ได้อ้างถึงอนุภาคทดสอบใด ๆ เลย สนามก็ยังคงครอบครองปริภูมิ บรรจุพลังงาน และการมีอยู่ของมันก็เป็นการตัดความเป็นไปได้ที่จะมี "สุญญากาศที่แท้จริง" แบบดั้งเดิมออกไป สิ่งนี้นำไปสู่การที่นักฟิสิกส์พิจารณาให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบทางกายภาพ ทำให้แนวคิดเรื่องสนามเป็นกระบวนทัศน์หลักที่ค้ำจุนโครงสร้างของฟิสิกส์สมัยใหม่ ริชาร์ด ไฟน์แมน กล่าวไว้ว่า "ข้อเท็จจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีโมเมนตัมและพลังงานได้ ทำให้มันเป็นของจริงมาก และ [...] อนุภาคสร้างสนาม และสนามกระทำต่ออนุภาคอื่น และสนามก็มีคุณสมบัติที่คุ้นเคย เช่น การมีพลังงานและโมเมนตัม เช่นเดียวกับที่อนุภาคมีได้" ในทางปฏิบัติ ความเข้มของสนามส่วนใหญ่จะลดลงตามระยะทาง และในที่สุดก็จะตรวจจับไม่ได้ ตัวอย่างเช่น ความเข้มของสนามดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องหลายตัว เช่น สนามโน้มถ่วงในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน หรือสนามไฟฟ้าสถิตในพลศาสตร์ไฟฟ้าดั้งเดิม จะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทางจากแหล่งกำเนิด (เป็นไปตามกฎของเกาส์)

สนามสามารถจำแนกได้เป็นสนามสเกลาร์ สนามเวกเตอร์ สนามสปิเนอร์ หรือสนามเทนเซอร์ตามลำดับ ขึ้นอยู่กับว่าปริมาณทางกายภาพที่ถูกแทนค่านั้นเป็นสเกลาร์ เวกเตอร์ สปิเนอร์ หรือเทนเซอร์ สนามจะมีลักษณะเทนเซอร์ที่สอดคล้องกันไม่ว่าจะถูกกำหนดไว้ที่ใดก็ตาม นั่นคือ สนามไม่สามารถเป็นสนามสเกลาร์ในที่แห่งหนึ่งและเป็นสนามเวกเตอร์ในอีกที่หนึ่งได้ ยกตัวอย่างเช่น สนามโน้มถ่วงแบบนิวตัน เป็นสนามเวกเตอร์ การระบุค่าของมัน ณ จุดใดจุดหนึ่งในปริภูมิ-เวลาต้องใช้ตัวเลขสามตัว ซึ่งก็คือส่วนประกอบของเวกเตอร์สนามโน้มถ่วง ณ จุดนั้น นอกจากนี้ ภายในแต่ละประเภท (สเกลาร์, เวกเตอร์, เทนเซอร์) สนามยังสามารถเป็นได้ทั้งสนามดั้งเดิมหรือสนามควอนตัม โดยขึ้นอยู่กับว่ามันถูกกำหนดคุณลักษณะด้วยตัวเลขหรือด้วยตัวดำเนินการควอนตัมตามลำดับ ในทฤษฎีควอนตัมนี้ การแทนค่าที่เทียบเท่ากับสนามก็คืออนุภาคสนาม เช่น โบซอน

อ้างอิง

หมวดหมู่:ฟิสิกส์คณิตศาสตร์
หมวดหมู่:ปริมาณทางกายภาพ