Что такое поля?

Поля важны как в классической, так и в квантовой физике.

Сначала думали, что это всего лишь некое воображаемое отображение сил гравитации или электрических и магнитных сил. Постепенно стало ясно, что от физики ее не удержишь. Они больше, чем воображение.

Почему? Это связано с тем, что электромагнитным эффектам требуется некоторое конечное ненулевое время, чтобы добраться из одной точки в другую. Движущемуся заряду требуется ненулевое время, чтобы воздействовать на другой заряд или магнитную стрелку. Если мы хотим сохранить законы сохранения количества движения и энергии в течение этого ненулевого времени, мы должны принять концепцию поля как реальное и рассматривать его как вместилище энергии и количества движения.

Сначала люди пытались понять поле с точки зрения классической механики. Сначала считалось, что должна существовать какая-то механическая среда, напряжение и деформация которой должны быть проявлением поля. Среда была названа эфиром. Но все такие попытки провалились.

Стало ясно, что поле является такой же фундаментальной сущностью природы, как и материя. А может быть, материя сама по себе является своего рода концентрированным полем!

Квантовая теория породила квантовые теории поля, а классические поля были проквантованы в КТП. Теперь понятно, что поля можно рассматривать как состоящие из квантов поля или частиц с целым спином (бозоны), а так называемые материи — это частицы с полуцелым спином (фермионы).

Вероятно, самое фундаментальное и простое представление о поле возникает из уравнения теплопроводности. У вас есть источник тепла и диффузия тепла через среду. Описывается полем температуры. Это самое простое скалярное поле, которое я могу себе представить. Но ведь у него нетривиальное уравнение движения? Из этих простейших случаев возникают более сложные: силовые поля, введенные без всякой сложной математики известным гением Майклом Фарадеем, которые просто проводят линии с равным потенциалом от одного заряда к другому, чтобы понять, как работают электростатические и магнитные силы. Конечно, Вы можете представить себе и более сложные поля - общие тензорные или спинорные. Строгое определение полей — это, конечно, функция, которая для данной точки многообразия сопоставляет ей тензор или спинор. Физические поля часто имеют сильные условия непрерывности и дифференциальности на них и подчиняются сложным дифференциальным или интегральным уравнениям, но самая основная идея остается той же: линии, которые провел Фарадей, температура в сплошных средах, поле скоростей жидкости, проходящей через водный канал . Попытайтесь понять эти простые идеи и вернитесь к «квантово-сжатым 26-мерным теориям всего».

Я неспециалист, мало знающий о науке, но стремящийся учиться. Возможно, поле можно описать как невидимую среду, которая обеспечивает взаимодействие между объектами и последствия которого можно измерить.

Брайан Сильвер в книге «Восхождение науки» дает базовое и более подробное описание этой концепции.