作者wohtp (会喵喵叫的大叔)
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标题Re: [问题] 力场中无任何可供作用之质点时是否仍算场
时间Thu Jul 31 13:23:19 2014
我觉得原po问的问题比较近似於:「如果一棵树在森林的中心倒下来了,附近没有
人去听那个声音,那它倒下来的时候算不算有发出声音?」
这个例子当然比较哲学。现在实际一点来看引力场。
首先,引力场的定义是:
如果在那里放一个质点 m,而 m 会受引力 F,则把力场定义为 F/m。
所以,
照数学定义,根本不必管那一点上有没有物质去感受引力。有引力源就有引
力场。
但是,定义是人说了算的,除了让数学式子变得比较好看以外,未必有实在意义。
以
牛顿的万有引力定律来说,「引力」是真的、物理的,因为你看得到受力物体的
运动方式改变了。可是这个引力场呢,唯一的用处就是让你计算引力而已,要是没
有一个物体在那儿受力,引力场就
不能引发任何其他的物理现象。
从这个角度来看的话,引力场只是我们图方便,把 G m/r^2 这个组合给它一个名字
罢了。引力场的概念不能独立於引力而存在,於是你就可以说,要是没有物质可以
受力,牛顿理论的引力场本身是没有物理意义的。
我想这是原po想说的。
注意到上一段我给「牛顿」加了亮吗?因为以上只对牛顿引力场正确。反例之一:
电磁场。
电场的定义跟引力场差不多:如果那里有个电荷,受力除以电量就是电场。
但是,我们知道电场可以生磁。即使那里
没有电荷,我放个磁针在那儿还可以看到
它转呢。更不要提电磁波什麽。
物理上,我们说电磁场有自己的动力学 dynamics;比较文艺的说法是,就算没有
电荷或磁矩,电磁场也有自己的生命。
反例之二:爱因斯坦广相引力。这我就不多说了,总之引力场其实也是有生命的,
只是当速度远低於光速时它喜欢装死罢了。
※ 引述《abac1230 (Planck超帅)》之铭言:
: ※ 引述《aligu (aligu)》之铭言:
: : 请问关於物理学上"场"的基础观念之疑问
: : 可能有些用词不够精准或不专业请多包涵
: : 若我以引力场(或某种重力场)为例
: : 假定有一个球状空间,在球的中心有一个引力源,
: : 会作用於该球状空间中存在的每一个质点,
: : 并将其以极缓慢之速度向中心拉引过去,
: : 换句话说该引力源在球状空间(球外不管)内形成一个力场
: : 那麽,假设亦有某种方式,
: : 可以把该球状空间内除引力源以外的物质(质点)抽空,
: : 也就是说该球状空间内除引力源外是一种真空状态,
: : (就算仍有能量之类的形式存在,只要不是力场所能作用之任何"东西")
: : 那麽,在该球状空间内是否还算有一个"引力场"?
: : 思考脉胳:其实没有!我只是看到有种说法:"场"不等於"空间",
: : 所以突然心生这个疑问!!
: : 谢谢。
: 不太清楚你所谓的「空间」指的是什麽意思。
: 但我对场的看法,其实可以分成两个部份、或说两个定律来讨论。
: 第一个是描述物体对场的反应,也就是某个东西受到场的作用
: 而改变原本的状态,像是一个电子通过一个电(磁)场会改变它原本行进的速度、方向或
: 其他部份。
: 第二个则是决定场的强度,或说场之所以产生的原因。
: 然而在你所描述的状况中,由於球状空间中没有任何物体存在。
: 所以上述第一个部份,当然也没有能够与重力场反应的东西了。
: 但第二个部份来看,重力场产生的原因及强度仍然存在。
: 所以就您「在该球状空间内是否还算有一个"引力场"?」这个问题来说。
: 答案应该是肯定的。因为场源仍然存在。
: 只是会与重力场反应的东西,目前不存在於你所描述的球状空间之中。
: 而我之所以会这麽看待场,是由於以下这本,《费曼物理学讲义I 力学、辐射与热 (2)
: -力学》中的一部份文章。段落是 12-4 基本力与场,以下标注的页数,为天下文化
: 出版的页数。
: P.130
: 为了分析各种较为基本的力(不是摩擦力,而是电力或重力之类的力),我们发展出
: 一个有趣且非常重要的观念。因为这些力乍看之下远比平方反比律复杂得多,而且这些
: 定律也只有在及的物体静止不动时才能成立,以致於当物体以复杂的方式运动时,我们
: 就必须改进所用的方法,才能处理非常复杂的力。我们从经验得知,若要分析非常复杂
: 的力,「场」的概念非常有用。
: 我们用静电力来示范场的概念。假设我们有两个电荷q1跟q2,分别位於P点跟R点上
: ,於是我们可以把这两个电荷之间的力写成
: q1 q2 r
: F = ───────
: 4πε0 r^3
: 若要用场的观念来分析此作用力时,我们说P点上的电荷q1,在R点上造成一个「状况」
: ,使得R点上的电荷q2「感觉到」这个力。这种说法听起来有点奇怪,但的确是一种正
: 确的描述方式。在此方式中,我们把R点的电荷q2受到的力F分成了两个部份:
: 此力等於q2乘上一个量E,而E是由电荷q1在R点上造成的「状况」,跟R点上有没有电荷
: q2无关(假设其他电荷都没有移动)。在此观点之下,F是q2对E所产生的反应。我们称E
: 为电场,它是一个向量。……
: P.131
: 我们大费周章做了这些,是为什麽呢?我们的用意是把对於力的分析分解成两部分
: ,一部分是说某样东西产生了一个场,另一部份则是说某样东西受到场的作用。
: 如此一来,我们便能分别单独考量这两部份,简化了许多复杂情况下的问题计算。……
: P.132
: 用场来分析力时,我们需要与场有关的两种定律。第一种是物体对场的反应,也就
: 是物体在场中的运动方程式。例如质量对重力场的反应定律,就是力等於质量乘上重力
: 场:如果物体还带有电荷,则电荷对电场的反应,便是电荷乘上电场。第二种定律是那
: 些决定场的强度、以及场如何产生出来的定律。这些定律有时候称作场方程式。以後我
: 们还会在适当时机讨论这类定律,现在且先写下几件相关的事实。…
: 若你对场跟空间的看法仍有些许的疑问。
: 建议可以去看看这本有趣的物理书,相信应该不会让你失望。
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 103.1.70.197
※ 文章网址: http://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Physics/M.1406784204.A.E79.html
※ 编辑: wohtp (103.1.70.197), 07/31/2014 13:24:41
1F:→ saltlake:场是否仅限於质点受力? 温度算否? 例如温度场? 07/31 13:41
2F:推 JAPTX4869:温度只是梯度,非引力场 07/31 13:43
en.wikipedia.org: Field (physics)
A field is a physical quantity that has a value for each point in space
and time.
只要是时间跟空间的函数都可以叫场。
※ 编辑: wohtp (103.1.70.197), 07/31/2014 13:51:28
3F:推 YJM1106:温度高到一定程度,会产生引力场呀 07/31 21:09
...啥鬼?
※ 编辑: wohtp (103.1.70.248), 07/31/2014 23:19:03
4F:→ aligu:感谢回答。一开始我的疑惑就如您首段所说及所举的例子。不过 07/31 23:50
5F:→ aligu:我很快认知道我想了解的是"场"的物理观念而非类似哲学辩证, 07/31 23:51
6F:→ aligu:所以上一篇a大的回文给了我极大的启发。您这篇关於电磁场的 07/31 23:53
7F:→ aligu:例子又给了我些思考,除了广相引力场部分,因为我不懂广相XD 07/31 23:54
8F:推 wolfking:看到喜欢装死就觉得好可爱( ̄▽ ̄) 08/05 02:40