Hogyan bizonyították azt, hogy az elektromos (esetleg mágneses) testek mezőt hoznak létre, és nem pedig ún. "távolhatás" történik? Egyáltalán mi a mező? Miből áll? Az is valamilyen részecskékből, esetleg hullámokból?

Az a bizonyos 19.-20. századi vita, amire utalsz, nem úgy szólt, hogy mező vagy távolhatás, hanem úgy szólt, hogy távolhatás vagy közvetítő közeg. A mező ugyanis gyakorlatilag ugyanaz, mint a távolhatás. A mező absztrakció: ott "van" mező, ahol az adott kölcsönhatás felléphet. Pl. elektromos mező ott van, ahol erő hat egy ott lévő töltésre. A mező az a terület, ahol fellép erőhatás. Hasonlóan: a gravitációs mező ott van, ahol erő hat a tömeggel rendelkező testekre.

A 19. században kezdődő és 20. században befejeződő vita arról szólt, hogy van-e közvetítő közege az elektromágneses hatásoknak. A feltételezett közeg az éter volt. A 20. században cáfolták az éterhipotézist, és azóta 19. századi fogalommal távolhatásokról, mai fogalmaink szerint mezőkről beszélünk. Az elektromágneses kölcsönhatást közvetítő részecske a foton. A gravitációt vagy a tér szerkezete magyarázza (általános relativitáselmélet), vagy egy javaslat szerint a gravitonok a közvetítő részecskéi. A mező nem áll semmiből, hanem a benne fellépő hatások jellemzésére szolgáló absztrakció.

Mezők igenis léteznek.

A távolhatás cáfolata:

Vegyünk például két töltéssel rendelkező testet. Itt az egyik valamilyen hatással van a másikra (vonzás vagy taszítás). Ha elmozdítod az egyik testet, akkor a másik ezt érzi, hiszen módosul a rá ható erő (megváltozik a nagysága és/vagy iránya). A kérdés az, hogy ezt mikor érzi meg a másik test. Ha távolhatás van, akkor ezt azonnal éreznie kellene. Viszont a tapasztalat nem ez. Ugyanis ha megrántod az egyik testet, akkor a másik nem azonnal indul meg, hanem annyi idő késéssel, amennyi idő alatt a fény megteszi a két test közötti távolságot. Tehát van valami közvetítés, aminek véges sebességet ad a hatás terjedésének, és nem azonnali. Ez a mező. A fénysebesség nem más, mint az elektromos(elektromágneses) mezőben bekövetkező zavar, változás terjedési sebessége. Ha tehát te fel re rángatsz egy töltéssel rendelkező testet, akkor az elektromágneses mező hullámzani kezd, mert a mező nem bírja azonnal követni a test mozgását, csak fénysebességgel képes haladni a hatás. Ezeket hívjuk elektromágneses hullámnak. A fény is ilyen hullám, csak a rezgése nagyon-nagyon gyors. Az elektromágneses hullámok rendelkeznek energiával (például a fény is képes energiát közölni, gondolj csak arra, amikor a napfény melegíti a bőröd), és impulzussal (lendülettel) is, azaz mozgásállapot-változást képes előidézni. Fotonnak az ilyen hullámokból képezett "csomagokat" értjük, olyan, mint amikor egyet rántasz függőlegesen egy kötélen, és egy szép hullámhegy szalad végig rajta.

Azért vannak anyagból, mert rendelkezhetnek energiával és impulzussal. Az anyag alapvetően kétféle tulajdonságú lehet, és amit hétköznapilag te anyagnak gondolsz, az csak az egyik. Ezt hívják fermionos anyagnak, vagy korpuszkuláris anyagnak. Ennek egyik fontos tulajdonsága, hogy két fermion részecske (pl. proton, neutron elektron) nem lehet ugyanazon helyen ugyanabban a kvantumállapotban. Konyhanyelven nem lehet két részecske egy helyen egy időben. A másik a bozonikus anyag, aminél ez lehetséges. Bozon részecske például a foton. Ezért például két foton simán átmehet egymáson, meg sem érzik azt, hogy a másik ott van. A mezők közvetítő "részecskéi" mind bozonok.

A mezőnek az a definíciója, hogy egy adott térrész minden pontjához egy mennyiséget rendelünk. Egy elektromos mező pl. azt jelenti, hogy egy térrésznek minden pontjára igaz az, hogy ha ott lenne egy bizonyos nagyságú töltés, akkor arra bizonyos mértékű és irányú erő hatna. A mező létezik, mert minden, aminek hatása van, létezik. Ennyiben hasonlít az anyagra. Annyiban persze nem, hogy megfogható lenne. Az elektromos kölcsönhatást fotonok közvetítik. Ezt nem érdemes megpróbálni elképzelni, hogy fotonok ugrálnának a mezőben ide-oda, vagy a mező fotonokból álló felhő lenne. Minden ilyen szemléltetési kísérlet csak érthetetlenné teszi az egészet. Javaslom, hogy maradj a téma matematikai oldalánál, az precízebb. Tehát a mező az, hogy egy adott időpillanatban a térpontokhoz mennyiségek vannak rendelve. Pl. az elektromos mező esetében vektorok vannak rendelve a tér pontjaihoz. Ezek a vektorok megmutatják, hogy milyen erő hat a tér adott pontján lévő töltésre. Így pl. ha egy adott ponton 1 C töltésre 1 N erő hat egy bizonyos irányban, ott a térerősség 1 N/C (más néven 1 V/m).

Tehát nem kell megpróbálni elképzelni, hogy miből áll a mező, meg hogy néz ki. Kétféle "dolognak" van fizikai valósága: a mezőnek és az anyagnak. Ebből az anyagot tudod elképzelni, mert az a kézzelfogható, szemléletes. A mezőt nem, az egy másik történet. Nem lehet elképzelni, de matematikailag jól leírható, kezelhető.

"A kérdés az, hogy ezt mikor érzi meg a másik test. Ha távolhatás van, akkor ezt azonnal éreznie kellene. Viszont a tapasztalat nem ez."

Ez csak az egyidejű távolhatást cáfolja. De attól, hogy nincs egyidejű távolhatás, még nem kell lennie közvetítő közegnek (pl. éternek). Épp ezért tkp. 3-féle modellje volt a kölcsönhatásoknak: az éter, az egyidejű távolhatás és a ma is elfogadott mező, ami olyan, mint a távolhatás, de nem egyidejű, hanem bizonyos sebességgel terjedő hatást feltételezve.