สนาม (ฟิสิกส์)
ในทางวิทยาศาสตร์ สนาม (อังกฤษ: field) คือปริมาณทางกายภาพซึ่งสามารถแทนได้ด้วยสเกลาร์ เวกเตอร์ หรือเทนเซอร์ ที่มีค่าสำหรับแต่ละจุดในปริภูมิ-เวลา[1][2][3] ตัวอย่างของสนามสเกลาร์คือ แผนที่อากาศ โดยที่อุณหภูมิพื้นผิวจะถูกอธิบายโดยการกำหนดตัวเลขให้กับแต่ละจุดบนแผนที่ ส่วนแผนที่ลมพื้นผิว[4] ซึ่งกำหนดลูกศรให้กับแต่ละจุดบนแผนที่เพื่ออธิบายความเร็วและทิศทางลม ณ จุดนั้น เป็นตัวอย่างของสนามเวกเตอร์ หรือก็คือสนามเทนเซอร์อันดับ 1 นั่นเอง ทฤษฎีสนาม ซึ่งเป็นการอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่าค่าของสนามเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในอวกาศและเวลานั้น มีอยู่แพร่หลายในวิชาฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น สนามไฟฟ้า เป็นสนามเทนเซอร์อันดับ 1 อีกตัวหนึ่ง ในขณะที่พลศาสตร์ไฟฟ้าสามารถกำหนดได้ในรูปของสนามเวกเตอร์สองตัวที่ทำปฏิกิริยากัน ณ แต่ละจุดในปริภูมิ-เวลา หรือเป็นสนามเทนเซอร์อันดับ 2 เพียงตัวเดียวก็ได้[5][6][7]
ภายใต้กรอบความคิดสมัยใหม่ของทฤษฎีสนามควอนตัม แม้จะไม่ได้อ้างถึงอนุภาคทดสอบใด ๆ เลย สนามก็ยังคงครอบครองปริภูมิ บรรจุพลังงาน และการมีอยู่ของมันก็เป็นการตัดความเป็นไปได้ที่จะมี "สุญญากาศที่แท้จริง"[8] แบบดั้งเดิมออกไป สิ่งนี้นำไปสู่การที่นักฟิสิกส์พิจารณาให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบทางกายภาพ ทำให้แนวคิดเรื่องสนามเป็นกระบวนทัศน์หลักที่ค้ำจุนโครงสร้างของฟิสิกส์สมัยใหม่ ริชาร์ด ไฟน์แมน กล่าวไว้ว่า "ข้อเท็จจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีโมเมนตัมและพลังงานได้ ทำให้มันเป็นของจริงมาก และ [...] อนุภาคสร้างสนาม และสนามกระทำต่ออนุภาคอื่น และสนามก็มีคุณสมบัติที่คุ้นเคย เช่น การมีพลังงานและโมเมนตัม เช่นเดียวกับที่อนุภาคมีได้"[9] 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[10]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ John Gribbin (1998). Q is for Quantum: Particle Physics from A to Z. London: Weidenfeld & Nicolson. p. 138. ISBN 0-297-81752-3.
- ↑ Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II. Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-02115-8.
A 'field' is any physical quantity which takes on different values at different points in space.
- ↑ Ernan McMullin (2002). "The Origins of the Field Concept in Physics" (PDF). Phys. Perspect. 4 (1): 13–39. Bibcode:2002PhP.....4...13M. doi:10.1007/s00016-002-8357-5. S2CID 27691986.
- ↑ SE, Windyty. "Windy as forecasted". Windy.com/ (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2021-06-25.
- ↑ Lecture 1 | Quantum Entanglements, Part 1 (Stanford), Leonard Susskind, Stanford, Video, 2006-09-25.
- ↑ Richard P. Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol I. Addison Wesley Longman.
- ↑ Richard P. Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II. Addison Wesley Longman.
- ↑ John Archibald Wheeler (1998). Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics. London: Norton. p. 163. ISBN 9780393046427.
- ↑ Richard P. Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol I. Addison Wesley Longman.
- ↑ Steven Weinberg (November 7, 2013). "Physics: What We Do and Don't Know". New York Review of Books. 60 (17).
