场论动力学(一)

前  言

场论动力学是能子源通过在现有场理论的学习上,不断深入探索和思维整合而出的具有广泛意义的场论认识观点。全文内容从现有局域场理论到全域性场的提出,再到场与物质、能量和作用力以及运动的关联性进行多方位阐述,使物质世界体现了场的绚丽!

场论研究史

一、电磁场

电磁理论是经典物理学的一个重要分支,以麦克斯韦为代表人物。电磁场是电场和磁场的统一体,它在自由时空中以光速向四面八方递减式传播,传播过程中形成横波传递方式的电磁波;电磁场的承载者和传播者都是光子。电磁理论认为,变化的磁场能激发电场,变化的电场能激发磁场;非均匀变化的磁场可以激发非均匀变化的电场,非均匀变化的电场可以激发非均匀变化的磁场,这样电场和磁场交替彼此相互激发,形成了一个不可分割的统一电磁场。电磁场可由变速运动的带电物质产生,也可由强弱变化的电流产生,产生的电磁场是具有能量的一种物质存在形式,它以光速向外传播形成电磁波。电磁波是电磁场的一种运动方式,也是能量传递的一种形式,电磁场只能以电磁波的方式向外传播,并延伸到整个场空间。电磁场是电磁作用的环境,电磁作用过程只能在电磁场中完成;电磁场对置入其中的相应物质(如电荷、磁体、导电导磁体等等)有力的作用,这种作用是以光子传递来完成。

二、引力场

引力场是指场源物质延伸到空间中的一种物质效应,它对进入场中的物质有吸引作用。场源物质是具有质量或质量性能的物质,如天体星球、黑洞等等。不管是经典理论,还是现代物理理论,都认为引力源于质量,所以引力场(重力场源于引力场)源于有质量的物质,特别是各种天体星球。但这里要强调一下,所谓引力是指万有引力;所谓质量是指实子或由实子形成的物质,它不包括纯能量物质。在经典理论框架下,以牛顿的万有引力定律描述引力相互作用;在相对论理论框架下,以爱因斯坦的广义相对论场方程描述引力概念,广义相对论认为引力是一种时空几何效应。然而不管是经典理论,还是相对论理论,都有一些瑕疵,同时理论与观察现象也存有一定的偏差;为了弥补理论和事实的差距,现代科学引入暗物质和暗能量的概念。但迄今为止,此二者还在探究阶段。

三、张量场

张量场源于代数几何属性,其基本内容是这样的:假如空间中的每一个点的属性都可以用一个张量来描述,那么以此形成的这个场就是一个张量场。后来张量场概念应用到物理理论的相对论场方程中。广义相对论引力场方程描述引力场的时空几何效应,是作为引力场源的能量动量张量的方程。广义相对论认为,引力只不过是四维时空的一种几何属性,是物质质量对时空的曲率体现,即万有引力是指物质对时空弯曲的一种几何效应。物质和时空的引力关系式是爱因斯坦场方程:

这是一个比较复杂的二阶非线性偏微分方程,简单的理解就是物质的分布和其运动状态与空间弯曲状况的关系。这种关系告诉我们,空间因物体而弯曲,物体因空间弯曲而沿着测地线运动。

四、量子场论

量子场论基于经典场论。经典场论是建立在经典时空观上的场理论,场的性质、作用和运动都遵循经典规律和绝对时空观,如电场场理论。量子场论则是在量子基础上对经典场的一种大刀阔斧,即把量子理论应用于场,把场看作是实现量子化园地的理论。在量子场中,每一种粒子都有自己相应的场性;在整个四维时空中充满着各种不同的场,它们互相渗透且相互作用;场的激发态表现为粒子的出现。量子场论同样也有不足之处,比如发散困难和引力问题等。

以上这些场的理论知识,对物质世界的认识和物理学理论体系的完善,都起到了非常重要的作用,尽管存在一点点的不足,但迄今为止仍是一些难以代替的很好观点或理论;然历史的车轮总是不断地向前滚动,在滚动的前方必将会有一个更美的天空,以奇迹般的绚丽而现。未完待续……能子源版权,违之必究!

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