Imagem: Um campo físico é criado por uma fonte de energia que gera uma influência no espaço circundante.
Esta fonte pode ser a temperatura do ar para o campo de temperatura, a velocidade do vento para o campo de ondas, um gradiente de pressão para o campo acústico, uma partícula carregada para o campo eletromagnético, uma massa para o campo gravitacional, radioatividade para o campo de radiação ionizante, etc.
Todas essas fontes de energia podem ser representadas por campos.
A noção de campo na física é abstrata e não pode ser representada por uma imagem. No entanto, pode-se ter uma ideia superficial do conceito de campo.
Um campo é uma porção delimitada do espaço preenchido com quantidades físicas mensuráveis que podem variar ao longo do tempo.
Por exemplo :
• Numa sala, em todos os pontos do espaço e em todos os momentos, é possível medir grandezas físicas que caracterizam o estado da sala, como temperatura, pressão, densidade, etc. A sala é, portanto, preenchida com um campo de temperatura, um campo de pressão, um campo de densidade, etc.
Esses campos são chamados escalares porque cada ponto é representado por um número real ou complexo.
• Em cada local da sala e em cada instante, há também um movimento de moléculas de ar que pode ser medido por dois valores, uma direção e uma velocidade.
Este campo de velocidade é dito ser vetorial porque cada lugar é representado por uma quantidade que tem uma direção e uma magnitude. Essa quantidade é um vetor, graficamente, uma flecha. O comprimento da seta representa a magnitude do vetor, no nosso caso, a velocidade. A direção da seta representa a direção do vetor.
Na física clássica, se se deseja representar um campo por uma imagem aproximada, o mais simples é imaginar uma extensão líquida, um lago por exemplo.
Em cada lugar e em cada momento, há um movimento de moléculas de água que pode ser medido por um valor vetorial.
Quando o lago está em seu estado de equilíbrio, ou seja, em seu estado de menor energia que pode ser chamado de estado fundamental, nada acontece, ele está calmo. Cada vetor v = [x, y] tem um componente nulo, ou seja, v = [0, 0]. O campo de velocidade das moléculas de água é imóvel, vazio, plano e invisível no espaço bidimensional.
Se o vento aumentar, a energia será trazida para o lago, as moléculas de água se agitarão e ondulações perceptíveis se formarão.
A velocidade de cada molécula de água se tornará mensurável por um vetor diferente de zero. Cada vetor representará uma fonte de energia que gera uma influência no espaço circundante. Enquanto o campo estava vazio, plano e invisível, ele se manifestará e aparecerá em três dimensões. Um campo físico é então criado. Em outras palavras, o campo físico pode ser visto como uma manifestação da presença de uma fonte de energia. O campo não representa diretamente a fonte, mas nos permite descrever, no nosso caso, como as propriedades físicas do lago variam em cada ponto do espaço.
Na física quântica, os campos são mais complicados de imaginar.
Por exemplo :
• O campo eletromagnético é criado por cargas elétricas em movimento, como elétrons, que são uma fonte de energia. Nesse caso, o próprio campo representa a distribuição dos campos elétrico e magnético no espaço. O campo eletromagnético é uma combinação de campos elétricos e magnéticos que se propaga através do espaço na forma de ondas eletromagnéticas.
• O campo quântico dos elétrons é espinorial, em cada lugar e em cada instante, pode-se medir o comportamento do spin do elétron por uma função de onda espinorial. É uma função matemática complexa que caracteriza o estado quântico do elétron em função de sua posição, tempo e spin. Movimentos quânticos do elétron, como seu spin, também criam campos magnéticos. Spin é uma propriedade intrínseca das partículas que está relacionada ao seu momento magnético.
Para concluir, O campo quântico de elétrons, fótons, prótons e todas as partículas elementares é um conceito teórico importante para a compreensão das propriedades quânticas de sistemas onde todos os campos fundamentais de partículas se sobrepõem.
Quando todos esses campos estão em seu estado fundamental de energia mais baixa, estamos no vácuo quântico, um mar calmo cheio de todas as partículas indetectáveis e sem energia. No entanto, o vácuo quântico não é um "nada absoluto", porque flutua constantemente e dá origem a pares efêmeros de partículas chamados de "pares de partículas virtuais". Esses pares de partículas virtuais aparecem e desaparecem tão rapidamente que seu efeito líquido no espaço-tempo é desprezível. Essas flutuações de vácuo podem ser interpretadas como um campo quântico que existe mesmo na ausência de partículas reais. Bastará trazer uma fonte de energia para este campo quântico para que surja uma ondaleta do vácuo, uma partícula.
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