简介：地球物理学研究离不开场的概念，经典的重磁电震四大方法，分别以引力场、电场、磁场和弹性波场理论为基础。研究场的目的实质上是为了弄清场源的性质，引力质量可以视为引力场的场源，静止电荷可以视为静电场的场源，电流可以视为磁场的场源。如果从物质性的观点来看，场和场源是等价的，并存于空间内，只是两种不同的形态物质。通过物理学先驱们总结出的若干基本定律，我们可以通过测量场的信息，在一定程度上了解场源的性质。今天我们就说说场的基本概念以及描述方法。

1、场的物理本质

现代物理学研究发现，场除了可以对物体、分析、电子等实物作用外，还具有诸如质量、能量和动量等物理性质。场是物质的一种形态逐渐成为共识。

那么如何认识场是物质的一种形态这呢？

• 场与实物的共同特征

场的形式可以是多样的，比如引力场，电磁场等，实物也可以是分子、原子、电子等。场同样可以具有质量、能量和动量。

这比如电磁场以电磁波形式传播时，会给实物以压力。我们可以想一下，如果光线射到物体表面，被完全吸收（绝对黑体），光速变为零，光的动量改变则可以表示成p=mc。

又从电磁理论可知，光压力p的大小为p=w/c。这里w为单位时间射到完全吸收表面上的光通量的能量。则等式为：，即

光压事实可以告诉我们，电磁场和实物一样，具有确定的质量m，动量mc和能力mc^2。

当然，大家可能想到爱因斯坦著名的的E=mc^2公式。后来的相对论证明了这个公式对能力和质量的任何形态都是正确的，这就是能量和质量相互联系的普遍定律。

• 场与实物之间的差异

任何实物之间的接触都会产生机械作用，但不同的场接触时并不产生机械作用。一切实物占有空间，但是场可以相互存在在一个空间之内，且彼此互相不影响。

场和实物之间还可以相互渗透，场可以改变实物的状态，实物也可以影响场的分布。很多实物由于可以作变速运动，因此有静止质量。光子由于只能等速c运动，所以没有静止质量存在。

实物比场来讲，质量密度和能量密度都要大很多。场内的质量密度非常微小，只有发生核反应时场的质量才具有可以度量的大小。相比于质量，场的能量更容易被发现，因为能量比质量大c^2倍。

爱因斯坦在德国专利局工作时，发现很多“以太”方面的研究都以失败告终。近代物理逐渐认识到场与其对实物的作用是分不开的，可以具有质量、能量和动量。场也有微粒性和波动性，场与基本粒子可以互相转换。

因此，场是物质的一种形态。与物质的另一种形态（实物）同时存在，密切联系。

2、场的数学方法

场可以用数学方法来定量描述。从静态角度，函数、等值面/线都可以形象化地描述场的分布，但为了理解场的性质，动的观点或变的观点去研究场的空间变化也很重要。

空间微分和空间积分是描述场空间变化关系的两个重要途径。

空间微分变化，主要研究标量的梯度变化和二次微商变化，以及矢量场的散度变化（标量空间微商）和旋度变化（矢量空间微商）。

空间积分方面，对于矢量场可以采用环流和通量来描述。

（未完待续~）