场:物质存在的新视角
在物理学中,我们对物质的理解经历了多次革命。从早期的原子论到量子力学,再到现在的场论,我们对物质的认识不断深化。什么是“场”?为什么“场”被认为是物质的一种存在形式?
场是物质存在的一种基本形式,它与粒子有着本质的不同。粒子是构成物质的基本单元,而场则是弥漫在整个空间中的物理量。这种形式的主要特征在于场是弥散于全空间的,它不像粒子那样有固定的位置。
场可以分为标量场、矢量场和张量场三种。依据场在时空中每一点的值是标量、矢量还是张量而定。例如,经典重力场是一个矢量场,它标示重力场在时空中每一个点的值需要三个量,即重力场在每一点的大小和方向。
理论认为,场有两种状态,分别是基态和激发态。基态是场的原始状态,也是最稳定的状态。当受到扰动的场就会形成激发态,而各种基本粒子其实都是场的激发态的表现形式。
在物理学上,场是客观存在的物理实体。这种定义下场就是物质,客观存在的就是物质,当时不是我们平时看得见摸得着的物质。在数学上,场就是一个函数,这个函数的定义域是空间,值域不确切。
电是一种自然现象,这是一种由电荷运动所带来的现象。在自然界中,闪电就是电的一种自然表现形式。电是一个一般术语,是静止或移动的电荷所产生的物理现象。那么电本身就不是物质,而是电荷的动态表现。
量子场论提出,场是超越粒子存在的更基础的物质形态。场可以处于基态和激发态,粒子则被视为场的激发态的表现形式。犹如平静水面所呈现的,便是场的一种基态形象。一旦受到外界能量的影响,场就会从基态跃迁到激发态。
量子场是一种复杂的物质。一部分原因是它包含了所有的物理学:场可以描述大量的粒子,以无数种方式作用。在我们抵达这些难题之前,还有另一个原因令量子场难以理解。
什么是“物质”?主观四维唯物主义认为:物质既是客观实在,又是客观存在。物质是运动着或不运动着的,因为物质的运动和运动方向而产生和形成了运动场,产生和形成了人的思维运动,产生和形成了精神和意识,形成了本能精神和本能意识,形成了创建精神(“行善精神”和“作恶精神”)。
场也是一种物质存在的形式,场无形但有质(这个质指它真实存在可以感觉到),例如重力场、磁场、电场等。物质存在的空间形式有2种:一种是实体性物质(气、液、固态物体乃至社会组织),另一种是能量性场物质(电场、磁场、引力场、电磁场等)。实体性物质占有排他性空间。物质必然是有质量的,因而场时有质量的。物质粒子的存在只不过是场的完美状态在那个位置的扰动,几乎可以说仅仅是一点“瑕疵”。