حقل فيزيائي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة

في الفيزياء , الحقل Field تعبير عن كمية أو مقدار يمكن تعيينه في كل نقطة ضمن الفضاء الفيزيائي . مثلا وجود شحنة كهربائية ما يؤدي الى وجود حقل كهربائي محيط بالشحنة موجود في كل نقاط الفضاء المحيط و يمكن كشفه فقط بوضع واحدة الشحن في احدى هذه النقاط لتخضع لقوة كهربائية تمثل الحقل الموجود في هذه النقطة , فهو نوع من التعبير عن الكمون الكهربائي ( الطاقة الكامنة الكهربائية ) , نفس الكلام ينطبق على الحقل الثقالي : ففي الفضاء المحيط بالأرض يوجد حقل ثقالي للأرض يمثل الكمون الثقالي في هذه النقطة , و وضع كتلة في أي من هذه النقاط يكشف وجود هذا الحقل .

[تحرير] نظرية الحقول

تقوم نظرية الحقول Field Theory بتوصيف تعقيدات تحريك هذه الحقول , أي أنها تحدد كيف تتغير الحقول مع الزمن و عادة ما يتم هذا باستخدام اللاغرانجي أو الهاميلتوني للحقل المعني , و تتم معالجته حسب الميكانيك الكلاسيكي أو الميكانيك الكمومي ضمن جملة ذات عدد محدود من درجات الحرية .

[تحرير] أنواع الحقول الفيزيائية

يتم تصنيف الحقول حسب سلوكها تجاه التحويلات التناظرية ( الدورانية و الانتقالية ) :

حقول قياسية scalar fields : يعبر عنها بمتغير وحيد أي قيمة وحيدة تنسب لكل نقطة في الفضاء الفيزيائي , و هي لا تتغير باجراء تحويلات على الفضاء . مثالها درجات الحرارة في كل نقطة ضمن الفضاء .. فعملية نقل أو تدوير هذا الفضاء أو النظام الاحداثي المرتبط به لا يغير من درجات الحرارة المرتبطة بكل نقطة .

حقول شعاعية ( اتجاهية ) vector field : حيث تنسب لكل نقطة متجه مؤلف من قيمة عددية و اتجاه . في هذه الحالة يحدث تغير لمركبات الشعاع عند اجراء تحويل دوراني للنظام الاحداثي المرتبط بالفضاء ( مثاله : الحقل الكهربائي و الحقل المغناطيسي ) .

حقول الموترات tensor fields : حيث ترتبط كل نقطة بالفضاء مع موتّر, و يتم تبديل مكونات الموتر مع بعضها عندما نقوم بتحويلات دورانية في الفضاء .

حقول سبينية spinor fields: نسبة الى السبين , تفيد في نظرية الحقل الكمومية .

[تحرير] أسس رياضية

الحقول القياسية:هي عبارة عن دالة تنسب لكل نقطة من الفضاء الرياضي عددا معينا مع الإشارة أن الفضاء المعني هنا ليس الفضاء الثلاثي الأبعاد أي ال $R 3$ فحسب بل الفضاء الرياضي الذي يمكن أن يكون ال $R n$ و إذا سمينا هذه الدالة f فإنها رياضيا يعبر عنها كالآتي:
$f: \R^{n} \rightarrow \R$
$\vec{f} = \begin{pmatrix}f_1 \\ f_2 \\ f_3\end{pmatrix}\quad\mbox{ oder }\quad \vec{a} = \begin{pmatrix}a_1 & a_2 & a_3 \\\end{pmatrix}$