¿Qué son los campos?

Los campos son importantes tanto en la física clásica como en la cuántica.

Al principio se pensó que eran solo un mapeo imaginario de las fuerzas de la gravedad o las fuerzas eléctricas y magnéticas. Poco a poco se hizo evidente que uno no puede mantenerlo alejado de la física. Son más que imaginación.

¿Por qué? Se debe a que los efectos electromagnéticos tardan un tiempo finito distinto de cero en llegar de un punto a otro. Una carga en movimiento tarda un tiempo distinto de cero en influir en otra carga o en una aguja magnética. Si queremos preservar las leyes de conservación de la cantidad de movimiento y la energía durante ese tiempo distinto de cero, debemos tomar el concepto de campo como real y debe pensarse en él como el asiento de la energía y la cantidad de movimiento.

Al principio, la gente trató de entender el campo en términos de mecánica clásica. Al principio se creía que debía haber algún medio mecánico cuyo esfuerzo y tensión debían ser la manifestación del campo. El medio fue nombrado como éter. Pero todos esos esfuerzos fracasaron.

Quedó claro que el campo es una entidad fundamental de la naturaleza tal como lo es la materia. ¡O tal vez la materia es en sí misma una especie de campo concentrado!

La teoría cuántica ha dado lugar a las teorías cuánticas de campos y los campos clásicos se han cuantificado en QFT. Ahora se entiende que los campos pueden pensarse como compuestos de cuantos de campo o partículas con espín entero (bosones) y las llamadas materias son partículas de espín medio entero (fermiones).

Probablemente la idea más fundamental y simple del campo surge de la ecuación del calor. Tiene una fuente de calor y difusión de calor a través de medios. Se describe por campo de temperatura. Es el campo escalar más simple que puedo imaginar. Pero tiene una ecuación de movimiento no trivial, ¿verdad? De los casos más simples surgen casos más complicados: campos de fuerza introducidos sin matemáticas complicadas por el conocido genio Michael Faraday, quien simplemente dibuja líneas de igual potencial de una carga a otra para comprender cómo funcionan las fuerzas electrostáticas y magnéticas. Por supuesto, puede imaginar campos aún más complicados: tensores generales o espinores. La definición estricta de campos es, por supuesto, una función que para un punto dado en la variedad le asigna tensor o espinor. Los campos físicos a menudo tienen una fuerte continuidad y condiciones diferenciales en ellos y obedecen a complicadas ecuaciones integrales o diferenciales, pero la idea más fundamental sigue siendo la misma: líneas que fue dibujada por Faraday, temperatura en medios continuos, campo de velocidad del fluido que pasa a través del canal de agua. . Trate de entender esas ideas simples y regrese a las "teorías cuánticas-compactadas-26-dimensionales de todo".

Soy un laico que sabe poco de ciencia pero tiene muchas ganas de aprender. Quizás un campo pueda describirse como un medio invisible que permite la acción entre objetos y cuyos efectos pueden medirse.

Brian Silver, The Ascent of Science, ofrece descripciones básicas y más avanzadas de este concepto.