词义

lìchǎng

[field of force] 一种矢量场,其中与每一点相关的矢量均可用一个力来量度

电场，磁场，引力场

物理中的三大场

力场看不见 摸不着

磁体在磁场中受力

物体在引力场中受力

电荷在电场中受力

根源

物理中有一个很重要的基本观念：宇宙间有某种对称性是某些现象所具有的，因此产生现象的各种力场，也就必须负起维持对称性之责。我们先看一些例子。在量子场论里我们用「电子场」描述自由电子，把这个场（场固然是算符，但同时也是时空的函数。）乘上一个「纯相」的因数（也就是绝对值为1的复数，例如(1+i)/ √ 2 ，这时，我们说：「我们对电子场做了一个全局性的相转换。」所谓全局性，是指电子场在每一个时空的点上都乘上了同一个因数，各点的遭遇是一律平等的。所谓相转换，是指某个复数量的相被改变了。物理学家相信：描述自由电子的正确理论，在此转换之下应该是不变的，也就是说，它具有全局性的相对称。更进一步，假定我们对电子场做一个「逐点性」的相转换，也就是把电子场乘上一个exp〔if（x ,y,z,t）〕的因数，此处的f(x,y,z,t)为某实函数。因为每一点上所乘的因数值各不相同，故称为逐点性。原来描述自由电子的理论，在这个新的转换之下再也不能保持原形了，也就是失去了对称性。然而这时如把理论修改扩张，引入了电磁场，则有办法得到一个新理论使他又恢复具有对称性。事实上，这个新理论便是前述的量子电动力学，它正好描述电子的电磁交互作用。由此物理学家得到一个观念，即力场的出现是由某种逐点性对称的要求所产生的。当我们要求电子场的理论具有逐点性的相对称时，便出现了电磁场。 　让我们再看看核力。核子物理把质子与中子视为同一粒子（叫做核成子）的两个状态，可以说核成子带有箭头（叫做同位旋），当箭头指上时核成子以质子的状态出现，当箭头指下时则以中子的状态出现。 实验显示核力的本质与同位旋箭头的方向完全无关。实验显示核力的本质与同位旋箭头的方向完全无关。 今考虑对「核成子场」做一个逐点性的同位旋转换，亦即在每一个时空的点上分别把核成子的同位旋箭头转到不同的方向。如果我们要求描述核成子的理论在此种逐点性转换之下保持不变，则自然而然地会在理论中出现「核力场」，例如派介子场等等

那么重力又是怎么来的？我们都很熟悉狭义相对论所说的：一切物理定律的形式在彭卡瑞转换（Poincare transformation）之下不变。 这个转换是指全局性的，以公式来讲，亦即在时空X α的转换式X α → X' α = ^ αβ X β +a α当中，系数^ α β与a α仅为常数而已。如果更进一步要求：物理定律的形式在「逐点性的彭卡瑞转换」（亦即一般性坐标转换）之下保持不变，则理论中自然就出现重力场了

词源

力场的概念出自19世纪伟大的英国科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）的研究。

典故

法拉第出生于工人家庭（父亲是一名铁匠），在19世纪初长期靠当装订工人学徒勉强维持生计。年轻的法拉第为两种新力量的神秘性质被揭开而带来的巨大突破而着迷。这两种新力量是：电和磁。法拉第贪婪地尽一切所能来学习与这些问题相关的知识，并参加了伦敦皇家学院汉弗莱·戴维（Humphrey Davy）教授的讲座。

一天，戴维教授因眼睛在一次化学事故中严重受伤，于是他雇用法拉第当了他的秘书。法拉第渐渐取得了皇家学院科学家们的信任，并且被允许独立操作重要的实验，尽管他常常受到冷落。年复一年，戴维教授越来越嫉妒他年轻的助手所表现出的杰出能力。法拉第已经成为了实验圈子里冉冉上升的新星，最终使戴维教授的名声黯然失色。1829年，戴维去世后，法拉第得以自由地作出一系列惊人的突破，导致了发电机的产生。发电机能够为整个城市提供能源，并改变了世界文明的进程。

法拉第最伟大发现的关键是他提出的“力场”。如果有人将铁屑洒在一块磁铁上，他会发现铁屑将呈现一种充满整个空间的蜘蛛网状。这就是法拉第的力线，以图形的形式描绘出了电和磁的力场在空间如何散布。举例来说，如果有人绘出整个地球的磁场，他会发现力线从N极地区伸出，然后在S极地区落回到地球上。同样的，如果有人画出雷阵雨中一枚避雷针的电场线，他会发现力线集中在避雷针的尖端。在法拉第看来，“空的空间”其实根本不是空的，而是充斥着能使遥远的物体移动的力线（由于法拉第早年穷困，未能接受足够的数学教育，因此他的笔记本中密密麻麻的不是等式，而是这些力线的手绘图表。具有讽刺意味的是，数学训练的不足使他创造了如今任何物理课本中都可以看到的、美丽的力线图表。从科学上来说，物理图像通常比用来对其进行描述的数学语言更为重要）。

历史学家推测过法拉第是如何发现力场的，它是所有科学中最重要的概念之一。事实上，全部的现代物理学都是用法拉第的力场语言写就的。在1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。一天，他正将一块孩子的磁铁移过一个金属线圈时，注意到他甚至没有碰到电线就得以在金属线里制造了一股电流。这意味着磁铁不可见的场可以推动电线中的电子穿越“空的空间”，产生电流。