电磁场

电磁场（也称为 EM 场或 EMF）是由（静止或移动的）电荷产生的经典（即非量子）场。 它是由经典电动力学（经典场论）描述的场，是量子电动力学（量子场论）中量子化电磁场张量的经典对应物。 电磁场以光速传播（其实这个场可以认定为光），并与电荷和电流相互作用。 它的量子对应物是自然界的四种基本力之一（其他的是引力、弱相互作用和强相互作用。）

场可以看作是电场和磁场的组合。 电场由静止电荷产生，磁场由移动电荷（电流）产生； 这两个通常被描述为该领域的来源。 麦克斯韦方程描述了电荷和电流与电磁场相互作用的方式（它还描述了时变场如何产生其他场，并解释了为什么电磁辐射不需要任何介质来传播）和 洛伦兹力定律。

从电磁学史上的经典观点来看，电磁场可以看作是一个光滑、连续的场，以波状方式传播。 相比之下，从量子场论的角度来看，这个场被看作是量子化的； 这意味着自由量子场（即非相互作用场）可以表示为能量-动量空间中产生和湮灭算子的傅里叶和，而相互作用量子场的影响可以在微扰理论中通过 S 矩阵进行分析 借助大量数学技术，例如戴森级数、威克定理、相关函数、时间演化算子、费曼图等。请注意，量化场在空间上仍然是连续的； 然而，它的能量状态是离散的； 它的能量值必须是 h ν {\displaystyle h\nu } 的整数倍，离散的能量量子称为光子，由量子场的创造算子创造。 一般来说，量子化场的频率 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，甚至可以随时间连续变化。

电磁场可以用两种不同的方式来看待：连续结构或离散结构。

传统上，电场和磁场被认为是由带电物体的平稳运动产生的。 例如，振荡电荷会产生电场和磁场的变化，这些变化可以用“平滑”、连续、波浪状的方式来观察。 在这种情况下，能量被视为通过任意两个位置之间的电磁场连续传输。 例如，无线电发射器中的金属原子似乎在连续传输能量。 这种观点在一定程度上是有用的（低频辐射），但是在高频时会发现问题。

电磁场可以用更“粗略”的方式来思考。 实验表明，在某些情况下，电磁能量传输xxx描述为以固定频率的称为量子的数据包形式进行传输。 普朗克关系通过以下方程将光子的光子能量 E 与其频率 f 联系起来： E = h f {\displaystyle E=\,hf}

其中 h 是普朗克常数，f 是光子的频率。 尽管现代量子光学告诉我们光电效应也有半经典的解释——电子从受到电磁辐射的金属表面发射——光子在历史上（尽管不一定）用于解释某些观察结果。 人们发现，增加入射辐射的强度（只要保持在线性状态）只会增加射出的电子数量，而对它们射出的能量分布几乎没有影响。 只有辐射的频率与射出电子的能量有关。

电磁场的这种量子图（将其视为谐振子的类比）已被证明非常成功，产生了量子电动力学，这是一种描述电磁辐射与带电物质相互作用的量子场论。 它还产生了量子光学，它不同于量子电动力学，因为物质本身是使用量子力学而不是量子场论建模的。

过去，带电物体被认为会产生两种不同的、无关类型的与其电荷特性相关的场。 当电荷相对于一个物体静止时，就会产生电场。