Energiakenttien

Energiakenttien termi viittaa fysiikan kenttiin, joiden mukaan energia jakautuu tilaan ja aikaan. Niitä on sekä klassisessa että kvanttisessa kuvauksessa, ja ne voivat liittyä sähköön, magnetismiin, gravitaatioon sekä muiden vuorovaikutusten välittäjäkenttiin. Keskeisiä esimerkkejä ovat elektromagneettinen kenttä sekä gravitaatiokenttä.

Klassisessa fysiikassa elektromagneettinen kenttä muodostaa kokonaisuuden, jonka energian tiheys u on u = 1/2 ε0 E^2 + 1/2 μ0 H^2 (vaihtoehtoisesti u = 1/2 ε0 E^2 + B^2/(2 μ0)). Poyntingin vektori S = E × H kuvaa energian kulkua. Maxwellin yhtälöt määrittelevät kentän dynaamiset ominaisuudet, ja kentän avulla voidaan selittää valon sekä sähkömagneettisten signaalien kulku.

Gravitaatiokenttä kuvaa massan vaikutusta tilaan; Newtonin mekaniikassa energia realisoituu potentiaalienergiana Φ, mutta yleisessä suhteellisuusteoriassa energian lokalisoiminen kenttänä on monimutkaista, ja gravitaatioenergian käsittelya harvoin on yksiselitteistä, mikä johtaa käsitteisiin kuten gravitaatioaaltojen energiansiirto.

Kvanttifysiikassa energian kenttiä kuvaavat kvanttiteoriat, joissa kenttä on fundamentaalinen perusolio; excitations koostuvat hiukkasista, ja tyhjiössäkin on nollapisteenergiaa. Esimerkkejä ovat Higgs-kenttä sekä muut vuorovaikutusten välittäjäkentät.

Käytännössä energian kenttien tutkimus on keskeinen osa teknologiaa ja luonnontiedettä: radioliikenne, lääketieteellinen kuvaus, geofysiikka sekä nykyaikaiset kvanttitietokoneet ja materiaalitutkimus.