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诺贝尔物理学奖_百度百科
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诺贝尔物理学奖,是根据诺贝尔的遗嘱而设立的,是诺贝尔奖之一。该奖项旨在奖励那些对人类物理学领域里作出突出贡献的科学家。由颁发奖金,每年的奖项候选人由皇家自然科学院的瑞典或外国院士、诺贝尔物理和化学委员会的委员、曾被授与诺贝尔物理或化学奖金的科学家、 在乌普萨拉、隆德、奥斯陆、哥本哈根、赫尔辛基大学、卡罗琳医学院和皇家技术学院永久或临时任职的物理和化学教授等科学家推荐。诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、炸药发明人的部分遗产作为基金创立的,诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。在遗嘱中他提出,将部分遗产(920万美元)作为基金,以其利息分设、、或、及(后添加了‘’奖)5种奖金,授予世界各国在这些领域对人类做出重大贡献的学者。外文名Nobel prize in Physics周&&&&期一年
诺贝尔生于瑞典的斯德哥尔摩,诺贝尔一生致力于炸药的研究,在硝化甘油的研究方面取得了重大成就。他不仅从事理论研究,而且进行工业实践。他一生共获得技术发明专利355项,并在欧美等五大洲20个国家开设了约100家公司和工厂,积累了巨额财富。
日,诺贝尔在意大利逝世。逝世的前一年,他留下了遗嘱,设立诺贝尔奖。据此,1900年6月瑞典政府批准设置了,并于次年诺贝尔逝世5周年纪念日,即日首次颁发诺贝尔奖。自此以后,除因战时中断外,每年的这一天分别在首都斯德哥尔摩和首都举行隆重授奖仪式。
1968年于建行300周年之际,提供资金增设诺贝尔经济奖(全称为瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德·伯恩德·诺贝尔经济科学奖金,亦称纪念诺贝尔经济学奖,并于1969年开始与其他5项奖同时颁发。诺贝尔经济学奖的评选原则是授予在经济科学研究领域作出有重大价值贡献的人,并优先奖励那些早期作出重大贡献者。
1990年诺贝尔的一位重侄孙克劳斯·诺贝尔又提出增设,授予杰出的环境成就获得者。该奖于日世界环境日之际首次颁发。每次诺贝尔奖的发奖仪式都是下午举行,这是因为诺贝尔是日下午4:30去世的。为了纪念这位对人类进步和文明作出过重大贡献的科学家,在1901年第一次颁奖时,人们便选择在诺贝尔逝世的时刻举行仪式。这一有特殊意义的做法一直沿袭到如今。诺贝尔奖的奖金数视基金会的收入而定,其范围约从11000英镑(31000美元)到30000英镑(72000美元)。奖金的面值,由于通货膨胀,逐年有所提高,最初约为3万多美元,60年代为7.5万美元,80年代达22万多美元。金质奖章约重半镑,内含黄金23K,奖章直径约为6.5厘米,正面是诺贝尔的浮雕像。不同奖项、奖章的背面饰物不同。每份获奖证书的设计也各具风采。颁奖仪式隆重而简朴,每年出席的人数限于1500人到1800人;男士燕尾服或民族服装,女士要穿严肃的夜礼服;仪式中的所用白花和黄花必须从圣莫雷空运来,这意味着对诺贝尔的纪念和尊重。(因为圣莫雷是诺贝尔逝世的地方)。每年9月至次年1月31日,接受各项诺贝尔奖推荐的候选人。通常每年推荐的候选人有1000— 2000人。
具有推荐候选人资格的有:先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授、作家协会主席(文学奖)、国际性会议和组织(和平奖)。
不得自荐。
瑞典政府和挪威政府无权干涉诺贝尔奖的评选工作,不能表示支持或反对被推荐的候选人。
每年2月1日起,各项诺贝尔奖评委会对推荐的候选人进行筛选、审定,工作情况严加保密。
每年10月中旬,公布各项诺贝尔奖获得者名单。
每年12月10日是诺贝尔逝世纪念日,在斯德哥尔摩和奥斯陆分别隆重举行诺贝尔奖颁发仪式,瑞典国王出席并授奖。根据规定,下列人员有权推荐诺贝尔物理学奖获奖人选:
1.皇家自然科学院的瑞典或外国院士;
2.诺贝尔物理委员会的委员;
3.曾被授与诺贝尔物理学奖金的科学家;
4.在乌普萨拉、隆德、奥斯陆、哥本哈根、赫尔辛基大学、卡罗琳医学院和皇家技术学院永久或临时任职的物理教授,以及在斯德哥尔摩大学有永久性职务的物理学教员;
5.根据使各国和它们的学术中心能够得到相宜名额分配的考虑,由皇家自然科学院选择至少六年大学或具有同等水平的学院,担任同类职务的人员;
6.自然科学院认为可能合乎邀请目的的其他科学家。年份获奖者国籍获奖原因1901年
“发现不寻常的射线,之后以他的名字命名”(即X射线,又称伦琴射线,并伦琴做为辐射量的单位)
“关于磁场对辐射现象影响的研究”(即塞曼效应)
“他们对亨利·贝克勒教授所发现的放射性现象的共同研究”
“对那些重要的气体的密度的测定,以及由这些研究而发现氩”(对氢气、氧气、氮气等气体密度的测量,并因测量氮气而发现氩)
菲利普·爱德华·安东·冯·莱纳德
“关于阴极射线的研究”
&对气体导电的理论和实验研究&
“他的精密光学仪器,以及借助它们所做的光谱学和计量学研究”
“他的利用干涉现象来重现色彩于照片上的方法”
古列尔莫·马可尼
“他们对无线电报的发展的贡献”
“关于气体和液体的状态方程的研究”
“发现那些影响热辐射的定律”
“发明用于控制灯塔和浮标中气体蓄积器的自动调节阀”
“他在低温下物体性质的研究,尤其是液态氦的制成”
“发现晶体中的X射线衍射现象”
“用X射线对晶体结构的研究”
“发现元素的特征伦琴辐射”
“因他的对量子的发现而推动物理学的发展”
“发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下谱线的分裂现象”
夏尔·爱德华·纪尧姆
“他的,推动物理学的精密测量的,有关镍钢合金的反常现象的发现”
“他对理论物理学的成就,特别是光电效应定律的发现”
“他对原子结构以及由原子发射出的辐射的研究”
“他的关于基本电荷以及光电效应的工作”
卡尔·曼内·乔奇·塞格巴恩
“他在X射线光谱学领域的发现和研究”[1]
“发现那些支配原子和电子碰撞的定律”
古斯塔夫·赫兹
“研究物质不连续结构和发现沉积平衡”
“发现以他命名的效应”
“通过水蒸气的凝结来显示带电荷的粒子的轨迹的方法”
“他对热离子现象的研究,特别是发现以他命名的定律”
路易·德布罗意公爵
“发现电子的波动性”
“他对光散射的研究,以及发现以他命名的效应”
“创立量子力学,以及由此导致的氢的同素异形体的发现”
“发现了原子理论的新的多产的形式”(即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程)
“发现中子”
“发现宇宙辐射”
“发现正电子”
克林顿·约瑟夫·戴维孙
“他们有关电子被晶体衍射的现象的实验发现”
乔治·汤姆孙
“证明了可由中子辐照而产生的新放射性元素的存在,以及有关慢中子引发的核反应的发现”
“对回旋加速器的发明和发展,并以此获得有关人工放射性元素的研究成果”
“他对分子束方法的发展以及有关质子磁矩的研究发现”
“他用共振方法记录原子核的磁属性”
“发现不相容原理,也称泡利原理”
珀西·威廉斯·布里奇曼
“发明获得超高压的装置,并在高压物理学领域作出发现”
“对高层大气的物理学的研究,特别是对所谓阿普顿层的发现”
帕特里克·梅纳德·斯图尔特·布莱克特
“改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现”
“他以核作用力的理论为基础预言了介子的存在”
“发展研究核过程的照相方法,以及基于该方法的有关介子的研究发现”
约翰·道格拉斯·考克饶夫
“他们在用人工加速原子产生原子核嬗变方面的开创性工作”
欧内斯特·沃吞
“发展出用于核磁精密测量的新方法,并凭此所得的研究成果”
爱德华·珀塞尔
弗里茨·塞尔尼克
“他对相衬法的证实,特别是发明相衬显微镜”
“在量子力学领域的基础研究,特别是他对波函数的统计解释”
“符合法,以及以此方法所获得的研究成果”
“他的有关氢光谱的精细结构的研究成果”
“精确地测定出电子磁矩”
威廉·布拉德福德·肖克利
“他们对半导体的研究和发现晶体管效应”
中华民国(台湾地区)[2]
“他们对所谓的宇称不守恒定律的敏锐地研究,该定律导致了有关基本粒子的许多重大发现”
中华民国(台湾地区)[3]
帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫
“发现并解释切连科夫效应”
伊戈尔·叶夫根耶维奇·塔姆
“发现反质子”
唐纳德·阿瑟·格拉泽
“发明气泡室”
罗伯特·霍夫施塔特
“关于对原子核中的电子散射的先驱性研究,并由此得到的关于核子结构的研究发现”
鲁道夫·路德维希·穆斯堡尔
“他的有关γ射线共振吸收现象的研究以及与这个以他命名的效应相关的研究发现”
“关于凝聚态物质的开创性理论,特别是液氦”
耶诺·帕尔·维格纳
“他对原子核和基本粒子理论的贡献,特别是对基础的对称性原理的发现和应用”
玛丽亚·格佩特-梅耶
“发现原子核的壳层结构”
J·汉斯·D·延森
查尔斯·汤斯
“在量子电子学领域的基础研究成果,该成果导致了基于激微波-激光原理建造的振荡器和放大器&
尼古拉·根纳季耶维奇·巴索夫
亚历山大·普罗霍罗夫
“他们在量子电动力学方面的基础性工作,这些工作对粒子物理学产生深远影响”
理查德·菲利普·费曼
阿尔弗雷德·卡斯特勒
“发现和发展了研究原子中赫兹共振的光学方法”
汉斯·阿尔布雷希特·贝特
“他对核反应理论的贡献,特别是关于恒星中能源的产生的研究发现”
路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨
“他对粒子物理学的决定性贡献,特别是因他发展了氢气泡室技术和数据分析方法,从而发现了一大批共振态”
“对基本粒子的分类及其相互作用的研究发现”
汉尼斯·奥洛夫·哥斯达·阿尔文
“磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子体物理学富有成果的应用”
路易·奈耳
“关于反铁磁性和铁磁性的基础研究和发现以及在固体物理学方面的重要应用”
伽博·丹尼斯
“发明并发展全息照相法”
“他们联合创立了超导微观理论,即常说的BCS理论”
利昂·库珀
约翰·罗伯特·施里弗
“发现半导体和超导体的隧道效应”
伊瓦尔·贾埃弗
布赖恩·戴维·约瑟夫森
“他理论上预测出通过隧道势垒的超电流的性质,特别是那些通常被称为约瑟夫森效应的现象”
“他们在射电天体物理学的开创性研究:赖尔的发明和观测,特别是合成孔径技术;休伊什在发现脉冲星方面的关键性角色”
“发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系发展了有关原子核结构的理论”
本·罗伊·莫特森
利奥·詹姆斯·雷恩沃特
“他们在发现新的重基本粒子方面的开创性工作”
“对磁性和无序体系电子结构的基础性理论研究”
内维尔·莫特
约翰·凡扶累克
彼得·列昂尼多维奇·卡皮查
“低温物理领域的基本发明和发现”
阿尔诺·艾伦·彭齐亚斯
“发现宇宙微波背景辐射”
罗伯特·伍德罗·威尔逊
谢尔登·李·格拉肖
“关于基本粒子间弱相互作用和电磁相互作用的统一理论的,包括对弱中性流的预言在内的贡献”
詹姆斯·沃森·克罗宁
“发现中性K介子衰变时存在对称破坏”
瓦尔·洛格斯登·菲奇
“对开发高分辨率电子光谱仪的贡献”
尼古拉斯·布隆伯根
“对开发激光光谱仪的贡献”
阿瑟·肖洛
“对与相转变有关的临界现象理论的贡献”
“有关恒星结构及其演化的重要物理过程的理论研究”
“对宇宙中形成化学元素的核反应的理论和实验研究”
“对导致发现弱相互作用传递者,场粒子W和Z的大型项目的决定性贡献”
克劳斯·冯·克利青
“发现量子霍尔效应”
“电子光学的基础工作和设计了第一台电子显微镜”
“研制扫描隧道显微镜”
约翰内斯·贝德诺尔茨
“在发现陶瓷材料的超导性方面的突破”
卡尔·米勒
利昂·莱德曼
“中微子束方式,以及通过发现
子中微子证明了轻子的对偶结构”梅尔文·施瓦茨
美国施泰因贝格尔
诺曼·拉姆齐
“发明分离振荡场方法及其在氢激微波和其他原子钟中的应用”
汉斯·德默尔特
“发展离子陷阱技术”
沃尔夫冈·保罗
杰尔姆·弗里德曼
“他们有关电子在质子和被绑定的中子上的深度非弹性散射的开创性研究,这些研究对粒子物理学的夸克模型的发展有必不可少的重要性”
亨利·肯德尔
“发现研究简单系统中有序现象的方法可以被推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中”
乔治·夏帕克
“发明并发展了粒子探测器,特别是多丝正比室”
“发现新一类脉冲星,该发现开发了研究引力的新的可能性”
约瑟夫·泰勒
伯特伦·布罗克豪斯
“对中子频谱学的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究”
克利福德·沙尔
“对中子衍射技术的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究”
“发现τ轻子”,以及对轻子物理学的开创性实验研究
弗雷德里克·莱因斯
“发现中微子,以及对轻子物理学的开创性实验研”
“发现了在氦-3里的超流动性”
罗伯特·理查森
“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”
克洛德·科昂-唐努德日
罗伯特·劳夫林
“发现一种新的提取胡晟源的方式”
施特默德国
“阐明物理学中弱电相互作用的量子结构”
“发展了用于高速电子学和光电子学的半导体异质结构”
“在发明集成电路中所做的贡献”
“在碱性原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态方面取得的成就,以及凝聚态物质属性质的早期基础性研究”
卡尔·威曼
沃尔夫冈·克特勒
“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,尤其是探测宇宙中微子”
“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,这些研究导致了宇宙X射线源的发现”
“对超导体和超流体理论做出的先驱性贡献”
维塔利·金兹堡
戴维·格罗斯
“发现强相互作用理论中的渐近自由”
戴维·普利策
“对光学相干的量子理论的贡献”
“对包括光频梳技术在内的,基于激光的精密光谱学发展做出的贡献,”
“发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”
“发现巨磁阻效应”
彼得·格林贝格
“发现对称性破缺的来源,并预测了至少三大类夸克在自然界中的存在”
“发现亚原子物理学的自发对称性破缺机制”
“在光学通信领域光在纤维中传输方面的突破性成就”
“发明半导体成像器件电荷耦合器件”
“在二维石墨烯材料的开创性实验”
“透过观测遥距超新星而发现宇宙加速膨胀”
“能够量度和操控个体量子系统的突破性实验手法”
对的预测[4-5]
2014年  日本发明“高亮度蓝色发光二极管”日本美国
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理论物理学的意思:
【词语】: 理论物理学
【拼音】: lǐ lùn wù lǐ xué
【解释】: 古典理论物理学包括力学、热学、电磁学、声学和光学五个部分。十九世纪末二十世纪初,陆续发现一大批新的物理现象,古典理论物理学已无法解释,产生了现代物理学。现代的理论物理学是以相对论和量子力学为基础而发展起来的。其主要发展方向为:(一)原子核理论和基本粒子理论;(二)凝聚态理论;(三)引力理论(广义相对论)和近代天体物理学。
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(C)2013果壳网&京ICP备号-2&京公网安备如何让普通人理解物理学中「场」的本质?
以前说到“引力场”,只知道大质量物体之间有引力相互作用,但是“场”是什么,完全没有概念。后来看一些科普的视频,又说引力场是一种时空塌陷(视频举的例子是在薄膜上放金属球,我知道这是给小白们看的形象化解释),然后我就更加糊涂了,场究竟是一种什么样的存在。
百度了一下“引力场”,发现是一个神棍似的解释(暗能量是什么东东?),不知道他们从哪里复制来的;维基百科上也只给了一个方程(好吧,看到方程,我没办法像魏成那样直接在大脑中产生图像)。
又百度了一下“磁场”,他们说磁场是一种物质。(!?)维基百科只解释了磁场是如何产生的。
那“场”究竟是什么?说是物质应该是不对的吧,如果是物质,它是由什么构成的?如果不是物质,但它又是真实存在的。
还有一点,好像经典力学里对引力场的解释和相对论对引力场解释差别很大,前者把引力场描述成磁力线那样的东西,而后者描述成时空塌陷(时空弯曲),所以我在想,“场”这个概念是不是因为现在人类科学还很落后,并没有搞清楚这一现象的本质,所以暂时借用一下“场”这个概念来描述和解释这个现象,但场并不是这些相互作用的本质?
我只是个小白,如果问了可笑的啥问题,请各位专业人士多多见谅。======================================================================请允许我修改一下我问题的关注点(不知道在知乎是否允许这样做?)我尽量用我贫乏的语言描述清楚:比如说,引力场。太阳与地球之间有引力,这种力是如何在两个物体间发生作用的?现在的说法是因为有引力场作为媒介(?),现在还有假说存在“引力子”。现在还发现,光辐射能产生“光压”,能使物体受到一定压力。那么是不是可以假设(请允许我胡说一下),太阳具有“光场”,所有受到太阳辐射的物体都能受到“光压力”。而这种力的产生,是由于光子的辐射。那么引力的产生是否可以用同样的方式去理解,他是因为有质量的物体辐射“引力子”?
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「场」是用于物理的数学工具,其本质是对空间中的每个点赋予一个量,可以是标量、向量或者张量。从数学的角度理解,场是一个函数,定义域是空间,值域看情况。比如温度场是一个标量场,空间中每一点都对应一个标量,表征该点的温度。类似还有势场,密度场。比如电场是一个向量场,空间中每一点有一个向量表征单位点电荷受到的力。类似还有磁场,流速场。经典力学中的引力场是向量场,给空间中每一点赋一个向量,表征单位质量的质点在该点受到的力。广义相对论中的引力场是张量场,爱因斯坦场方程中涉及曲率张量、应力-能量张量、度规张量等。其中曲率张量场给时空中每一点赋予该点的曲率张量,表征时空在该点的弯曲。另外,数学工具「场」描述的物理对象有时也叫「场」,比如电磁场,这个对象有人认为是一种「物质」。我认为「物质」没有明确定义,所以对此不做评价。
「场」这个概念可以从日常经验获得,本身并不抽象。顾名思义,「场」是一种在空间和(或)时间上弥散的物理量。场对立的概念是局域化的物理对象,如点粒子等。这里所谓物理量比较宽泛,可以是基本的物质场,比如电磁场;也可以是某种属性,比如温度、密度、流速等。用数学语言表达出来,场即是定义在空间和(或)时间上的函数。我想题主困惑的应该是作为「相互作用的媒介」的场,该如何理解。牛顿万有引力定律说两个相隔一定距离的物体,之间会有吸引力;库仑定律说两个点电荷会有库仑力。但问题在于,这种牛顿引力和库仑力似乎是「凭空」且「瞬间」产生的。仔细想想,这种隔山打牛似的「超距」作用,完全不可思议:其无法解释「力」是如何凭空产生的——两个物体中间既然相隔真空,为何会发生相互作用?瞬间的超距作用违背因果律——一个物体对另一个物体的影响,竟然比光速还快?而违背因果律的后果就是,大师还没发力,牛就被打了?于是一个更为自然且合理的理解就是:不存在超距作用,任何的相互作用都是「局域」的。即,两个物体(对象)若想发生相互作用,必须同时同地。而两个空间相隔距离(或者时间有先后)的物体(对象)想要发生作用,必须通过某个媒介传递——而其传递速度也不可超过光速。形象点说,凭空发力、隔山打牛是不可能的。想打牛,只有扔板砖、石头或者铅球砸它。这里板砖、石头或者铅球就是所谓的「相互作用的媒介」。接下来的问题就是,这种相互作用的媒介为何要是某个「场」,某种「弥散」的东西,而不是比如——像铅球那样——点粒子?这个问题靠逻辑推理无法回答,而只能靠实验验证。而根据目前的理解,构成物质世界的基本材料,以及这些基本材料之间的相互作用媒介,都是场。构成物质世界的基本材料,是所谓费米子场,可以认为是物质「实体」,「场量子」即是通常所说的基本粒子,电子、质子、夸克等;基本相互作用媒介,是所谓玻色子场,「场量子」即是光子(电磁场)、引力子(引力场)等等。即,大师现在不是扔铅球打牛,而是身体周围聚集一股真气,大师运气双手抱球,汇集真气发射冲击波打牛。这里所谓「冲击波」即是「场量子」的比喻。于是,两个电荷(比如电子)之间库仑力的产生过程就是:两个电荷中间存在电磁场,一个电荷发射电磁场的量子——即光子,然后光子传播到另一个电荷处,与其发生作用。实际上,光子从一个电荷传播到另一个电荷那里的「概率」,就是库仑的平方反比律。具体到引力场。引力场之所以可以视为时空的弯曲,是因为在广义相对论(或者说所有度规引力理论)框架下,所谓的引力场——一个二阶张量场——即时空几何的「度规」场。而非平庸的度规即对应非平坦的时空曲率,即所谓时空弯曲。实际上,引力可以是时空几何,也可以不是,比如像电磁场那样,纯粹是一个和时空几何无直接关系的某种场。而这,也不是逻辑的结果。之所以是前者,也是实验证实如此。(谢邀。)
大家的答案应该都不错,但并未为题主解惑。题主大可不必纠结于"本质"。这是哲学用语,而物理讲求如何描述我们所能观察的宇宙。描述的方法越来越数学化,而让普通人理解,法拉第的解释就非常好。法拉第本人虽然数学不够好,但他的直觉足以让他位列第一流的理论物理学家。大家中学都学过电场线(field lines, lines of force),最开始只是假想的线,用以描述一个小的虚拟电荷的运动方向。但当我们把空间里都画上这种线,它们又可以表述电荷所受力的大小,即电场线密的地方力就大,电场线稀疏的地方力就小--当然,我们需要把线画得尽可能均匀。法拉第给出了几条法则:1 电场线从正电荷散发出去,汇集于负电荷。电荷越大,其所依附的电场线越多;2 每根线都有张力(使其尽可能缩短);3 同时,电场线与电场线之间互相排斥(更不可相交)。可以看出,这些线就像是赋予了生命一样,是实实在在的东西。场的概念解决了牛顿以来的一个困惑,即所谓action at a distance:一个物体,隔着这么远,怎么施力于另一个物体? 这当然有点哲学的味道,物理可以不解释的;但场论给出了很完美的解释,电荷(或物体)先在其周围的空间产生电场(或引力场),而由这个场来作用于另一个电荷(或物体)。电场作为传递“作用”的媒介,不妨也算作一种物质。后人麦克斯韦给出数学上精准的描述,而且证实了电荷移动所引起的电场改变并不是瞬时的,而是以一个固定速度向外扩散。这个大家都耳熟能详:麦克斯韦计算出的速度恰好与当时所知的光速接近,从而断言光是一种电磁波。这一切更让人觉得"场"这个东西是实实在在的。物理学家甚至可以精准地描述空间的没一点的"动量密度"和"能量密度",使得一个特定空间内所有物质加上电场的总动量和总能量守恒。这让物理学家很兴奋,从而可以说"场"是一种物质(只是没有质量)。后来的发展远出乎于所有人的意料:与其说场是一种物质,不如说物质是一种场,而且是(激化了的)量子场。这些不是汉语或任何语言所能表述的,需要大量的数学。而法拉第与麦克斯韦对经典电磁学的表述其实是等价的,只是麦克斯韦更量化,更便于计算。从这个例子可以看出,哲学所提出的问题(什么是“本质”?),局限于所用的语言。当物理研究一步一步深入,会觉得以前的问题是无法给出答案的,而是应该问更好的问题(哲学史和科学史上的例子不胜枚举)。好的问题只有在有好的答案下才能称之为好问题。补充:我对这段科学史其实不了解,有些想当然。杨振宁最近在美国的Physics Today写了篇小文,可以参考:
场(field)是一个数学空间函数(function of space),这个场可以是标量(scalar,如电势能(electric potential)),也可以是向量(vector,如磁化量(magnetization)),亦可以是张量(tensor,如液晶体(liquid crystals)中的Q张量),又或是Grassmann number(这在费米系统十分常见)。由于它是空间的函数,所以场可以是任何东西,上一段已经列举了不少例子;而且空间不一定是实空间(real space),也可以是傅立叶空间(Fourier space)。由此可见,场是一种十分广泛的东西,不同的系统有不同的场,而且不限于物理系统(如统计学中便有马尔可夫随机场(Markov Random Field),在机器学习中近来很火)。题主问场的本质是什麽,我只能说它是空间的函数,无法再更具体了。但在不同的问题,这个场必定是具题的东西,可以量度或以此产生可量度的其他的场。在古典物理中,常见的场有引力势(gravitational potential)、电势(electric potential)和向量势(vector potential),这些场可由系统的情况求出,然后我们值此可写出其Lagrangian或Hamiltonian,用Euler-Lagrange equation求出系统的运动方程(equations of motion)。到了量子物理,情况便有少许不同。我们可能需要古典物理中的Lagrangian或Hamiltonian,或完全需要新的Hamiltonian(就像统计物理中常用的Ginzburg-Landau Hamiltonian),把这个系统写成一个Lagrangian或Hamiltonian,而它们是一个场的泛函(functional)。它的平均场论(mean-field theory)可直接从Euler-Lagrange equation求出。求出后,用微扰(perturbation)方法求出其波动(fluctuation)的特性(如系统有自发对称残缺(spontaneous symmetry breaking),其Goldstone modes便可在这时求出)。这时我们会发现有些项发散(diverging),我们便可用counter-term消去发散项,这一步便是重整化(renormalization)。如果系统有自相似性(self-similarity),我们可用重整化群(renormalization group)看看这场论有一些项是不是不重要的。
英文中“field”的一种意思是“有某种效应存在的地方”。结果也不知道是谁把field的这个意思翻译成了“场”,也就是“场所、地方”的意思。然后就一直这么用了。按理说,翻译field时,重点应该在“效应”上,而非在“地方”上。鉴于各类field通常难以直观把握却又有效应存在,我曾建议将“field”翻译成“无”,以和“无中生有”的意象契合。另一个稍差一点的翻译是“炁”(音qi)。所以,不妨把电磁场称为“电磁无”或者“电磁炁”。只是现在“场”这个字说得多了,用别的字就别扭了。
同样身为小白,也想说两句。题主这个问题让我突然发现自己根本不知道「场」到底是什么。回顾高中学的物理学知识,又上网搜了一下维基百科之类的内容,说一下自己的理解。我觉得「场」貌似有两种理解。第一种,「场」是(某种物理量的)空间分布状态,也就是说的一种以空间为自变量的函数。不过维基百科里的说法是「A field is a
that has a value for each point in
and 」,这句话的表语中心语竟然是物理量(physical quantity),也就是说,场是按照某种状态分布的物理量,也就是函数的值。不管是函数,还是函数的值,这都是一种偏数学化的理解。在这种理解基础上,根据其数学性质的不同,可以分为标量场(温度)、矢量场(引力)、张量场(应力)等类型,并且还有分析场的梯度、旋度、散度等等的学科,叫「场论」。第二种,就是把「场」当成是一种实实在在的东西。就如维基百科里「Defining the field as "numbers in space" shouldn't detract from the idea that it has . “It occupies space. It contains energy. Its presence eliminates a true vacuum.”The field creates a "condition in space" such that when we put a particle in it, the particle "feels" a force.」的说法,「场」占据着空间,含有能量,而且还对其内部的粒子产生作用,就好像人在水中受到水的作用一样,这时候场就和水一样成了一种物质。本来是地球对人产生引力,这样一来变成了地球产生引力场,引力场在对人起作用。至于「场」的最本质的最标准的定义,希望有大神能给出来。上边我说的两种理解,我感觉还是有明显区别的,应该有一种更好的解释,不应该产生这种分歧。
场是一个物理量的空间分布的统一描述。比如一个屋子里有个大磁铁,它的磁场,原生态的意思就是拿个小磁针到屋子各个部分放,然后把屋子里面所有部位小磁针的指向都记录下来,这样形成了一个函数。其实你也可以说,这个大磁铁对小磁针的力是这样作用的:在A点向东,在B点向东偏南30度,在C点向北。。。。这样说起来有点麻烦,所以就干脆画了个图或者给出一个函数,说这个就是你要的答案。所以说,场的概念只是为了描述方便,同时进一步使得计算方便而已。太阳与地球之间有引力,这种力是如何在两个物体间发生作用的?这个作用是实验观测的结果,和场不场的没关系。而如何描述这种作用可以有很多语言的,你可以描述太阳看到了地球,于是他们惺惺相惜。。。。;也可以描述为:太阳在那里已经有了作用,产生了一些小东西,而地球又恰好去了那里(因为没有地球确实就不会有相互作用嘛,废话,一个巴掌拍不响!);更加流行的时髦用语可能是太阳的引力场作用于空间,使得空间扭曲,而地球恰好处于那个空间中。。。这些描述都是可以的,因为他们不违背实验结果。但是值得注意的是,这些描述本身没有过错,但是不一定会形成完整的物理理论。而且,一种理论要使用相应的一种描述,不能混用,很多时候物理理论的争论不清恰恰出现在语言描述上。比如用行星轨道那套语言就根本没办法描述原子内部的真实行为(我这里用到的“真实”这个词是定义在理论和实验结果相符这个层面上)。很多时候,我们用场的语言描述更加方便,而且更加方便直接地描述了太阳这个物体独立于地球的本身的性质,其实最重要的原因是为了方便计算而已。
其实场与点的关系就是函数与函数值的关系,一个函数描述了一个场,将这个场中任意一点代入函数,就得出任意一点的矢量。其实我觉得你问错了,磁场和引力场显然不是同一种场(虽然有统一场理论),你其实是想知道所有命名为XX场的东西究竟为什么要叫XX场而不叫XXY之类的,它们之间究竟有什么共同的性质以至于都以场为命名,但实际上它们之间确实没有什么共同点,之所以叫场是从数学概念那边来的。这就像问有数学,哲学,物理学,那这个学究竟是个什么东西?我觉得不应该这么抠字眼,再说这些物理名词都是打洋文翻译过来的,中文里都带个场字,可洋文里恐怕未必吧。洋文里数学是math,哲学是philosophy,哪有个学字?
飞奔的虚光子
场是物理量在空间上的分布。按照物理量是否是矢量,可把场分为矢量场和标量场。拿你的房间来说,如果你开着空调,你的房间内每一点都有一个温度,用函数可表示成T(x,y,z),当然写不出具体的解析式,这就是标量场。如果你开着风扇,那么房间内每一点都有一个风速,速度有方向也有大小,可以用 箭头A(x,y,z)表示,这就是个矢量场。当然不用空调和风扇照样有这两种场,只不过温差风速就基本不变化,变成每一点差不多都相等的场了。按照场是否随时间变化可分为稳恒场和非稳恒场。场本质上只是 人抽象出来的一种分布而已。
场是物质作用的一种外在描述,比如电磁场就是虚光子的交换产生的作用。引力场现在主流的解释就是时空弯曲,目前还没有实验上观察到引力波与引力子,关于引力的波动理论只能说都是“假说”。但实际上,有很多人相信一切场都可以归结为粒子的相互作用。
写自己的体会,不对的话请轻喷……(今天最后一个长答案了……再不干活就要挨骂了……)我们描述日常物体,实际上是经过很多简化的。一个钢球,那么多分子,我们却用三维的位置——三个自由度描述它。这就意味着,我们需要在详细研究的时候,还原被我们简化的自由度。比如,研究小球转动,我们需要还原转动自由度;研究热运动,我们需要还原温度,体积这些自由度。抛开分子不谈,如果我们把钢球看成是连续的质量分布(随空间延展的质量,并非集中在一点的质量),到最后就免不了把他看成是“场”——无穷多个自由度,用空间位置标记。什么意思呢?比如温度这样一个物理量,当我们看成场时,其实就是每一个空间位置都有一个温度,每一个温度都是可变的,都是一个自由度。空间是连续的,我们就有了无穷多个自由度。但是,并不是这些自由度的任意一种取值都是可能的,我们由最小XX原理来描述他们真实的情况,这就是场论:描述场应该是什么样的理论。这理论一般是若干方程构成的,用来解出场随空间的分布。以上这种理解,比较适用于连续介质,比如流体场等等;电磁场概念的出现,正如上面几位所说,是出于要解释为什么相距很远的物体可以有相互作用这件事情。但是,这种理解我个人认为无助于理解为什么场可以看成一种物质。如果我们把场看成许多自由度的话,就可以理解了:场也就是理想中无穷细分的普通物质。这样,对于为什么作为经典理论的拉格朗日力学,可以用来处理场论,也就容易理解了。另外:说场是物质,是因为他可以具有物质的基本属性:能量,动量,角动量等等。以电磁场为例,我们就可以定义能量密度,动量密度和角动量密度;这使得在相互作用中,可以利用守恒量来处理问题:物质和电场的作用,可以看做物质和电磁场交换能量、动量等等。在这种意义上,称场为物质。关于场粒子,具体机制在课本上,还没看……不便细说。不过,由场传递的相互作用,都可以看成是场粒子的吸收和发射,这个是可以肯定的。所以,把场看成是一堆场粒子,不严谨的意义上,也可以说对。
针对提问,重点解释一下引力场和重力场。首先解释一下场与物理场:如果区域中的每个点对应一个作用或效应,则在这个区域中存在一个场。一般,区域中的不同点对应不同的值,即这个场值是电位的函数。观测到一个场值的点,即场值被确定的点,称为场的观测点,即=,当场值描述空间域(或时间域)的一个物理现象时,场是一个物理场。物理场包括标量场及矢量场。如果是点处的一个力,则称为力场。力场的例子就有重力场,电磁场及电场等。物理场是空间中各点存在的一种物理作用、现象或效应,分布于引起它的场源体的周围,与场源体共存。物理场所在的空间称为“场域”。物理场不能脱离空间而存在;而空间则是物理场存在的场所。物理场是客观存在的某种物质客体,是物质的一种形态。物理场具有实物的共同特性。例如:物理场具有各种不同的形式,如引力场、电磁场等;物理场具有质量,能量和动量;物理场能由一种形态转化为另一种形态。当然,物理场与实物之间也具有差异,例如一切实物所占有的空间,不能同时又是另一实物所占有的空间。与此相反,同一空间内可以同时存在许多不同的物理场,而为发现其相互影响。有了上面的理论基础,下面说说引力场和重力场:引力场:空间中存在的一种引力作用或效应。当物体存在时,其周围空间中就有与他共存的引力场,两者紧密联系,不可分离,谁也不能单独存在。引力场是空间分布决定于物体的质量分布;一定的质量分布对应于一定的引力场分布。引力场还可以定量的描述为:任意一点P处的单位质量受到的质量的力,定义为质量的引力场。重力场:地球的重力场是地球周围空间中任何一点存在的一种重力作用或重力效应,或为地球表面或其附近一点处单位质量所受到的重力,数值上等于重力加速度。重力场是空间中的一种力或力场,分布于地球表面或其临近的空间;空间中任一质量都受到重力的作用。重力场是引力场和惯性离心力场的合成场。重力场不是重力或其效应存在的区域或空间。重力场的测量应当是重力场所在的空间区域或场域中,而不是在重力场中进行。------------------------------------------------累死我了~~~~~就目前我学到的关于场的知识还有关于电磁场,地震波场,地电场,要打字起来实在太多了,但是本质就是前两段话,希望能科普,谢谢!如果lz还要探究往下其物质本质,抱歉,学的没那么深了,哈哈哈---------------------------------------------
其实真不用过于纠结于本质,更何况对普通人而言。当万有引力、电场力等被发现时,加入“场”的概念,能可以理论性统一地计算解决一些科学问题。于是场概念产生了,你可以说他说一种物质,也可以说是具有一定规则的运算符号。历史上很多时候,很多概念被推翻,那是因为出现新的现象,新现象不再符合原来的运算体系了,所谓原来的“概念”也就变成假的了。探究一些概念,我觉得是需要适可而止,概念也是人发现的,尤其既然没有存在形态的东西,我们都是通过一些表现形式推测出来的,很可能不是永久适用也没有永远正确,因为事物的发展是变化的。当然,现在物理体系基本可以解决现在发展需求。
我觉得场是能量的一种表现方式,能量的传递是通过场的作用来实现,而场可以是引力场、磁力场,但关键是能量,如果没有能量存在,则无所谓场。质量是能量来源的根本,表现出来有热能、动能、势能等,一切有质量的物体与其他物体互动时,可以是直接的互动,比如我推你,或者是通过场互动,比如水面上的波,这边的一个涟漪会逐渐扩散并影响到其他位置的物体,随着能量的散耗,场也就越来越弱,各种场的叠加也就是各种能量的叠加。本人是小白,一点陋见,不对请折叠。
场的概念,出于对作用方式的解释。人认识到空气是因为风,气压等作用。如果现在提气场,那你应该很好理解。引力作用,为什么用场描述?场的解释将源与目标分离开,如 果地球消失那地球引力就立消失吗?不是,相对论中,光速是信息最快速度,因此引力过一段时间才会消失。当然场的解释还有其他作用。所以,任何概念都是有原因的。你要找这些原因。
题主可以假设一种介质啊!恩……就叫做以太吧!
有个民间科学工作者,叫做张祥前,对此也作出了解释,据说是外星人的理论,大家可以搜一下~
电磁场,引力场本身是否有微观结构呢?百思不解
引力场,磁场的英文就是field,这么看会不会易懂些?}

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