• 電磁場

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    電磁場

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    電磁場(也稱為 EM 場或 EMF)是由(靜止或移動的)電荷產生的經典(即非量子)場。 它是由經典電動力學(經典場論)描述的場,是量子電動力學(量子場論)中量子化電磁場張量的經典對應物。 電磁場以光速傳播(其實這個場可以認定為光),并與電荷和電流相互作用。 它的量子對應物是自然界的四種基本力之一(其他的是引力、弱相互作用和強相互作用。)

    場可以看作是電場和磁場的組合。 電場由靜止電荷產生,磁場由移動電荷(電流)產生; 這兩個通常被描述為該領域的來源。 麥克斯韋方程描述了電荷和電流與電磁場相互作用的方式(它還描述了時變場如何產生其他場,并解釋了為什么電磁輻射不需要任何介質來傳播)和 洛倫茲力定律。

    電磁學史上的經典觀點來看,電磁場可以看作是一個光滑、連續的場,以波狀方式傳播。 相比之下,從量子場論的角度來看,這個場被看作是量子化的; 這意味著自由量子場(即非相互作用場)可以表示為能量-動量空間中產生和湮滅算子的傅里葉和,而相互作用量子場的影響可以在微擾理論中通過 S 矩陣進行分析 借助大量數學技術,例如戴森級數、威克定理、相關函數、時間演化算子、費曼圖等。請注意,量化場在空間上仍然是連續的; 然而,它的能量狀態是離散的; 它的能量值必須是 h ν {\displaystyle h\nu } 的整數倍,離散的能量量子稱為光子,由量子場的創造算子創造。 一般來說,量子化場的頻率 ν {\displaystyle \nu } 可以是零以上的任何值,因此能量子(光子)的值可以是零以上的任何值,甚至可以隨時間連續變化。

    結構

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    電磁場可以用兩種不同的方式來看待:連續結構或離散結構。

    連續結構

    傳統上,電場和磁場被認為是由帶電物體的平穩運動產生的。 例如,振蕩電荷會產生電場和磁場的變化,這些變化可以用“平滑”、連續、波浪狀的方式來觀察。 在這種情況下,能量被視為通過任意兩個位置之間的電磁場連續傳輸。 例如,無線電發射器中的金屬原子似乎在連續傳輸能量。 這種觀點在一定程度上是有用的(低頻輻射),但是在高頻時會發現問題。

    離散結構

    電磁場可以用更“粗略”的方式來思考。 實驗表明,在某些情況下,電磁能量傳輸xxx描述為以固定頻率的稱為量子的數據包形式進行傳輸。 普朗克關系通過以下方程將光子的光子能量 E 與其頻率 f 聯系起來: E = h f {\displaystyle E=\,hf}

    電磁場

    其中 h 是普朗克常數,f 是光子的頻率。 盡管現代量子光學告訴我們光電效應也有半經典的解釋——電子從受到電磁輻射的金屬表面發射——光子在歷史上(盡管不一定)用于解釋某些觀察結果。 人們發現,增加入射輻射的強度(只要保持在線性狀態)只會增加射出的電子數量,而對它們射出的能量分布幾乎沒有影響。 只有輻射的頻率與射出電子的能量有關。

    電磁場的這種量子圖(將其視為諧振子的類比)已被證明非常成功,產生了量子電動力學,這是一種描述電磁輻射與帶電物質相互作用的量子場論。 它還產生了量子光學,它不同于量子電動力學,因為物質本身是使用量子力學而不是量子場論建模的。

    動態

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    過去,帶電物體被認為會產生兩種不同的、無關類型的與其電荷特性相關的場。 當電荷相對于一個物體靜止時,就會產生電場。

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    詞條目錄
    1. 電磁場
    2. 結構
    3. 連續結構
    4. 離散結構
    5. 動態

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