「場」という考え方は必要？

質問

電磁場、重力場という考え方を習いました。

この考え方はなくてはならないものなのでしょうか？それとも、一つの便利なモノの見方でしょうか？

この考え方がないと困る分かりやすい具体例はあるのでしょうか？

たとえば、万有引力だと、GMm/r^2 で必要なものを計算できると思うのですが、重力場をカがいる必要があるでしょうか？（電磁場も）

回答No.4

nabla · ベストアンサー

#2です。

>> 遮蔽が起こると言うことはやはり何かが空間を
>> 伝播していると考えるのが妥当でしょう。
>
>これは＃１のかたの，「光子が媒介する」ので場は要らない，とい
>うのと矛盾しているような気がするのですが，どちらが正しいので
>しょうか．

これを理解しようとするとどうしても場の量子論の発想が必要になってきます。ということで場の量子論について若干の説明を…

古典的には「場」と「粒子」は二項対立的なものでした。つまり「神は物質を構成するために粒子を、力を媒介するために場を作りたもうた」というわけです。

しかしこの世界観は場の量子論の登場によって崩れ去りました。「あらゆるものは粒子であり同時に場でもある」というのが、現代の観点から言って割と正確な言い方でしょう。

例えば「Ａは粒子である」としましょう。（Ａには電子とかコップとか好きなものを入れてください）しかし量子力学によればどんな物体も正確にその位置を決定することは出来ない－どんな物体も空間のある領域に広がりを持って分布している－のです。つまり古典的に粒子だと思っていた物は、その輪郭ははっきりせずぼんやりと広がったものとなってしまうのです。これが粒子が場として記述される理由です。

一方で「Ｂは場である」としましょう。今度はこのＢに対しても量子力学を当てはめてみます。するとなんとＢはある粒子（この粒子はしかし古典的な意味での粒子ではない！）を空間の各点で生成消滅させる場である事が分かります。（電磁場→光子、重力場→重力子、ディラック場→1/2スピン粒子、等）この部分の詳細が場の量子論と呼ばれるものです。

このように現代では現象の記述の基礎にあるのは粒子の概念でも場の概念でもない、古典論の世界に住む我々には全く想像できないようなものです。

つまり、SortaNerdさんの仰ることと私の言っていることは別に矛盾しているわけではありません。その謎の存在のどちらの面に着目しているかの違いでどちらも正しいのです。この意味ではもはや粒子も場も「便利なだけの概念」であるわけです。

それでも私が「場」にこだわるのは単なる私の信念です。

お礼

すばらしいです．ありがとうございます！

回答No.3

YomTM

古典力学においては、「便利なモノの見方」だと思います。遠隔力（というのが、あるのかないのかという議論もありますが、、、）を説明するのに、非常に便利です。

　ただ、ダークマターや、素粒子論、超ひも理論では、場の概念が必要なようです。

　質問のされ方を見るに、非常に大局的に科学を捕らえられているようですので、
http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4087201740/503-5156188-0315963
をオススメします。池内了の「物理学と神」という本で、新英社新書から出版されていますが、さすがは京都大学理学部だということ感嘆させられました。No.1の方の後段のご説明にも関連します。

参考URL：

http://www.google.co.jp/search?hl=ja&q=%E3%81%B2%E3%82%82%E7%90%86%E8%AB%96&lr=

補足

ありがとうございます．さがしてみます．

回答No.2

nabla

「なくてはならない」と「便利なだけ」の違いがイマイチ分かっていませんが…
古典的な例では場がエネルギーや運動量を持つと考えないとエネルギー・運動量保存則が破れます。これを見れば「なくてはならない」ようにも思います。
もうちょっと直感的には、電磁気力の「遮蔽」と言う現象を考えるといいかもしれません。遮蔽が起こると言うことはやはり何かが空間を伝播していると考えるのが妥当でしょう。
また相対論的量子論に行くと場はもはやなくてはなりません。相対論的量子力学が場の量子論と呼ばれることからもこれは明らかでしょう。説明が厄介なのでこっちの詳細は触れませんが…

お礼

なお，「なくてはならない」というのは，「場という考え方がないと説明できないことがある」という意味でした．

補足

ありがとうございます．

> 古典的な例では場がエネルギーや運動量を持つと
> 考えないとエネルギー・運動量保存則が破れます。

そうなのですか！！

> 遮蔽が起こると言うことはやはり何かが空間を
> 伝播していると考えるのが妥当でしょう。

これは＃１のかたの，「光子が媒介する」ので場は要らない，というのと矛盾しているような気がするのですが，どちらが正しいのでしょうか．

回答No.1

SortaNerd

私は「便利なモノの見方」と理解しています。

「ゲージ理論」によれば電磁力は光子が媒介して力を伝えると言われています。光子を考えれば場などなくとも現象の正しい記述ができるのでしょうが、非常に複雑な式になるでしょうし、それ以前に私には「光子が媒介する」ということの意味がさっぱり分かりません。
そこで電磁場というものを考え、その勾配を力とすれば私にも簡単に電磁力の大きさを計算することができるのです。
重力にいたってはそれを媒介するとされるグラビトンは未だ発見されていません。

「バカな人間は『原子』が本当にあると考え、頭のいい人間は『原子』は単なる概念だと考えている。」
という格言がありますが、それと似たようなものだと思いますよ。
化学式を書くのにシュレディンガーの波動方程式を解く必要はありません。「原子」という名の手の生えた粒を概念として理解しておけば事足ります。
それにシュレディンガーの波動方程式が原子の正しい記述である保証も無いですし。

補足

ありがとうございます．
そうなのですか．．