câmp

[ştiinţă]

Definirea conceptului de câmp depinde contextual de disciplina ştiinţifică în interiorul căreia este utilizat (neexcluzându-se similarităţi de tip interdisciplinar). Dacă în geometrie câmpul este o funcţie care ia valori în fiecare punct al unei suprafeţe continue, în fizica clasică câmpul (electric, magnetic, gravitaţional) se exprimă printr-o funcţie matematică care descrie „o cantitate fizică în toate punctele unei regiuni în spaţiu şi timp” (în timp ce pentru fizica cuantică câmpul este un „sistem dinamic continuu”, „un sistem cu grade infinite de libertate”). ¹

Vom analiza pe scurt emergenţa noţiunii de câmp. Conceptul apare în fizica clasică în contextul interogaţiilor suscitate de observaţiile experimentale ale lui Newton referitoare la interacţiunea dintre corpuri la distanţă. Newton o va descrie printr-o lege numită „a atracţiei universale”, formalizare matematică care va permite calcularea cu precizie a influenţei reciproce a corpurilor (a unora asupra altora) în functie de masa lor, respectiv de distanţa dintre ele. Newton va lăsa în suspans problematica naturii acestei forţe (răspunzând la „cum?”, nu şi la „de ce?”). Ştafeta va fi preluată de Faraday, cel care, pasionându-se în a descoperi natura eventualului mediul fizic (ether?!) care ar putea să favorizeze interacţia dintre corpuri la distanţă, ajunge să pună în evidenţă, prin experimente cu magneţi, existenţa unor perturbaţii ale proprietăţilor spaţiului în jurul lor, perturbări care nu depindeau de prezenţa a două corpuri, ci erau deopotrivă sesizabile (şi) în jurul corpurilor izolate:

„Faraday va veni cu o argumentare teologică în întâmpinarea ideii de forţă la distanţă. Faraday va considera un corp, cum este soarele, singur în spaţiu. Nu există atracţie pentru că aceasta necesită existenţa a două corpuri. [...] Plasăm Terra la distanţa care îi aparţine faţă de soare. Imediat apare „forţa de gravitaţie”. Or, Dumnezeu Însuşi nu este capabil să producă o astfel de variaţie bruscă de forţă (după Creaţie, lumea evoluează lent). Împingând mai departe raţionamentul, Faraday concluzionează: trebuie ales una din două, fie există o creaţie de forţă, fie această forţă exista deja chiar înainte, când soarele era singur în spaţiu.” ²  

Acest „exista deja” este începutul ideii de continuum de manifestare în jurul unui corp în spaţiu a „ceva” care va fi definit ulterior prin conceptul de „câmp”. Fragilitatea argumentaţiei „teologice” a lui Faraday nu o comentăm. Cert este însă faptul că, studiind proprietăţile proximităţii fizice a magneţilor cu ajutorul busolelor, Faraday va remarca existenţa unei regiuni în jurul „sursei” în care are loc o acţiune „la distanţă”, aparent fără urmă de intermediar fizic. Are loc astfel emergența conceptului de câmp, concept opus celui de particulă:

„Conceptul de câmp [...] se opune [...] celui de particulă în aceea că unul ţine de continuu în timp ce celălalt de discontinuu. Particulele sunt riguros localizate în spaţiu, până la a ocupa doar un punct geometric (expresia „punct material” deseori folosită pentru a desemna particulele în fizica clasică, cu alte cuvinte pre-cuantică, marchează bine în ce măsură avem de-a face cu o idealizare: un punct cu volum nul nu poate conţine materie, şi deci nu poate avea masă, şi deci nu poate fi calificat de „material”). Caracterul discontinuu al particulelor este marcat nu numai prin stricta lor localizare, dar deopotrivă prin faptul că evoluţia lor în timp este descrisă în termeni de traiectorie. [...] Particulele pot fi numărate. Toate aceste caracteristici se transformă în opusul lor odată ce facem trecerea la noţiunea de câmp: câmpul este definit în orice punct din spaţiu (poate avea o valoare nulă în anumite regiuni, asta nu îl împiedică a fi definit în tot spaţiul, chiar până la infinit); evolutia lui în timp se face după modelul unui val [...], al unei oscilaţii care se propagă de o manieră continuă; în plus, nu este posibil să numărăm câmpurile, pentru că în fiecare punct câmpurile se compun prin superpoziţie până la a forma un singur câmp care domină în punctul considerat. Această ultimă proprietate, de superpoziţie, rezumă singură opoziţia radicală dintre câmp şi particule: ultimele nu se superpozează niciodată într-un acelaşi punct din spaţiu, în acelaşi moment [...], câmpurile [...] se superpozează algebric în fiecare punct din spaţiu. [...] observarea interferenţelor semnalizează pentru un experimentator natura ondulatorie (de tip câmp) a unui fenomen.” ³

Prin afirmarea dualismului undă-corpuscul, fizica cuantică va renunţa la conceptul clasic de câmp. Obiectul cuantic nu mai este nici câmp, nici particulă, sau este amândouă în același timp.

Bibliografie: 1. William R. Stoeger, Field, în vol. J. Wentzel Vrede van Huyssteen (editor-sef) & colaboratori, (Gale) Encyclopedia of Science and Religion, 2003, ed. Macmillan reference USA, USA, p. 329; 2. Françoise Balibar, Champ (physique), în vol. Dictionnaire d’historie et philosophie des sciences (sous la direction de Dominique Lecourt), ed. Quadrige/Puf, Paris, 1999, p 163; 3. Ibidem, p. 165.

A se vedea şi: dualism, particulă, undă.