II.

場がおよぼす力

場がおよぼす力の強さと方向は力線によってあらわされる。力線は、力が強くはたらく場の源の近くでは密に、力が弱い遠方ではまばらにえがかれる。点電荷(他の物体からの距離に比較してひじょうに小さい電荷)の電磁場の強さは電荷の値に比例し、電荷からの距離の2乗に反比例する。

同じように、重力場は物体の質量の大きさに比例し、物体からの距離の2乗に反比例する。2つの電荷の間にはたらく力を記述するクーロンの法則や、2つの質量の間の万有引力をあらわすニュートンの法則は、実際には電磁場と電荷の間の直接の相互作用、重力場と質量の間の直接の相互作用をあらわしたものである。

19世紀のイギリスの物理学者マクスウェルは、電磁理論の中で場の概念をさらに発展させた。マクスウェルの方程式は、任意の電荷の集団によってつくられる電磁場を記述する。アインシュタインは、任意の質量分布からえられる重力場に対して同様な方程式を開発した。

いずれの方程式も光の速度をもつ波動状の解をもつ。可視光やラジオ波のような電磁波はマクスウェルの方程式の解である(→ 電磁放射)。場の概念をもちいることで、電磁波の波動の性質やふるまいがわかった。重力波は直接の証拠がえられていないが、存在することは2連パルサーに関する天体現象によって間接的に確認されている。