Imagen: Un campo físico es creado por una fuente de energía que genera una influencia en el espacio circundante.
Esta fuente puede ser la temperatura del aire para el campo de temperatura, la velocidad del viento para el campo de ondas, un gradiente de presión para el campo acústico, una partícula cargada para el campo electromagnético, una masa para el campo gravitatorio, radiactividad para el campo de radiación ionizante, etc.
Todas estas fuentes de energía se pueden representar mediante campos.
La noción de campo en física es abstracta y no puede ser representada por una imagen. Sin embargo, uno puede hacerse una idea superficial del concepto de campo.
Un campo es una porción delimitada de espacio lleno de cantidades físicas medibles que pueden variar con el tiempo.
Por ejemplo :
• En una habitación, en cada punto del espacio y en cada momento, es posible medir cantidades físicas que caracterizan el estado de la habitación, como temperatura, presión, densidad, etc. Por lo tanto, la habitación está llena de un campo de temperatura, un campo de presión, un campo de densidad, etc.
Estos campos se denominan escalares porque cada punto está representado por un número real o complejo.
• En cada lugar de la habitación y en cada instante, también hay un movimiento de moléculas de aire que se puede medir con dos valores, una dirección y una velocidad.
Este campo de velocidad se dice que es vector porque cada lugar está representado por una cantidad que tiene una dirección y una magnitud. Esta cantidad es un vector, gráficamente, una flecha. La longitud de la flecha representa la magnitud del vector, en nuestro caso, la velocidad. La dirección de la flecha representa la dirección del vector.
En la física clásica, si se quiere representar un campo mediante una imagen aproximada, lo más sencillo es imaginar una extensión líquida, un lago por ejemplo.
En cada lugar y en cada momento hay un movimiento de moléculas de agua que puede ser medido por un valor vectorial.
Cuando el lago está en su estado de equilibrio, es decir en su estado de menor energía que se puede llamar estado fundamental, no pasa nada, está en completa calma. Cada vector v = [x, y] tiene un componente cero, es decir, v = [0, 0]. El campo de velocidad de las moléculas de agua está quieto, vacío, plano e invisible en un espacio bidimensional.
Si el viento aumenta, la energía llegará al lago, las moléculas de agua se agitarán y se formarán ondas perceptibles.
La velocidad de cada molécula de agua será medible mediante un vector distinto de cero. Cada vector representará una fuente de energía que genera una influencia en el espacio circundante. Mientras el campo estaba vacío, plano e invisible, se manifestará y aparecerá en tres dimensiones. Entonces se crea un campo físico. En otras palabras, el campo físico puede verse como una manifestación de la presencia de una fuente de energía. El campo no representa directamente la fuente pero nos permite describir, en nuestro caso, cómo varían las propiedades físicas del lago en cada punto del espacio.
En física cuántica, los campos son más complicados de imaginar.
Por ejemplo :
• El campo electromagnético se crea al mover cargas eléctricas, como los electrones, que son una fuente de energía. En este caso, el campo mismo representa la distribución de campos eléctricos y magnéticos en el espacio. El campo electromagnético es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que se propaga a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas.
• El campo cuántico de electrones es espinorial, en cada lugar y en cada instante, se puede medir el comportamiento del espín del electrón mediante una función de onda espinorial. Es una función matemática compleja que caracteriza el estado cuántico del electrón en función de su posición, tiempo y espín. Los movimientos cuánticos del electrón, como su giro, también crean campos magnéticos. El espín es una propiedad intrínseca de las partículas que está relacionada con su momento magnético.
En conclusión, El campo cuántico de electrones, fotones, protones y todas las partículas elementales es un concepto teórico importante para comprender las propiedades cuánticas de los sistemas en los que se superponen todos los campos fundamentales de partículas.
Cuando todos estos campos están en su estado fundamental de energía más baja, estamos en el vacío cuántico, un mar en calma lleno de partículas indetectables y sin energía. Sin embargo, el vacío cuántico no es una "nada absoluta", porque fluctúa constantemente y da lugar a pares efímeros de partículas llamados "pares de partículas virtuales". Estos pares de partículas virtuales aparecen y desaparecen tan rápidamente que su efecto neto sobre el espacio-tiempo es insignificante. Estas fluctuaciones del vacío pueden interpretarse como un campo cuántico que existe incluso en ausencia de partículas reales. Bastará traer una fuente de energía a este campo cuántico para que surja una ondícula del vacío, una partícula.
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