Mi egy mező a fizikában (bővebben lent)?

>> "-Először egy m tömegű test (pl.: Föld)-nek van gravitációs tömegvonzása, az miért keletkezik? Vagy egyáltalán mi az?"

Ez az amit nem tudunk. Newton akkoriban kitalálta rá a tömegvonzás törvényét, ami szépen leírja dolgokat, de a gravitációs kölcsönhatást közvetítő részecskét, nevezetesen a gravitont senki nem találta még meg. Newton elmélete nem volt pontos egyes estekben, például amikor a Merkúr pályánál számolgattak, Einstein kitalálta az általános relativitáselméletet, amely a gravitációnak egy új értelmezését adja. Eszerint a gravitáció a térnek és időnek egy geometriai tulajdonsága, s ha így van, akkor közvetítő részecske sem létezik hozzá. Az általános relativitáselmélet megoldotta a gondokat, amik a Newtoni elméletnél felléptek, de lettek új problémák amikor a kvantumelméletekkel akarták összeházasítani. Jelenleg a mai fizika egyik nagy problémája ez.

>> "-Töltéssel rendelkező részecskék is mezőt hoznak létre (pl.: mágnes, elektromágnes, réz vezeték, amiben elektromos áram fut)? Ugyanazok a kérdések

Miért pont olyan a mezők alakja, mint amilyen (pl.: elipszis, stb...)"

A fizika arról szól, hogy a fizikusok modelleket találnak ki, amelyek jó egyezést mutatnak a valósággal, így a modellek alkalmasak a valóság leírására, ettől függetlenül a modellek nem a valóság. Elektromágneses tereket nagyon jól lehet szemléltetni erővonalakkal és vektorokkal, de ha odamész egy töltéshez nem látsz sem erővonalat, sem vektorokat. Az csak egy modell, egy modell, ami nagyon jól leírja a kísérleti tapasztalatokat, egy matematikai absztrakció. Az elektromos terek alakja a töltéseloszlásoktól függ. A mágneses terek alakja gyakorlatilag a vezető alakjától, hiszen forrása az áram az pedig a vezetőben halad. Például egy gömbszimmetrikus töltéseloszlásnak gömbszimmetrikus elektromos tere lesz. Egy végtelen hosszú egyenes áramnyalábnak hengerszimmetrikus mágneses tere lesz. Tehát összefoglalva, a terek, amelyeket használunk a tapasztalt dolgok leírására egy matematikai eszköz, matematikai absztrakció. Alakjukat a hozzájuk tartozó modellek meghatározzák.

A mező fogalma a fizikában szorosan kapcsolódik a matematikai definíciójához. Nevezetesen azt jelenti, hogy a tér minden egyes pontjában adott egy szám vagy egy vektor vagy akár egy tenzor, ezért ezeket skalármezőnek, vektormezőnek vagy tenzormezőnek hívjuk.

Egyes fizikai mennyiségek jól leírhatók a fenti matematikai modellel. Pl. értelmes azt mondani, hogy egy szobában egy adott ponton ennyi és ennyi a hőmérséklet. Ez minden ponton definiál egy számszerű mennyiséget, vagyis a hőmérséklet-eloszlás egy skalármezővel adható meg.

Egy elektromosan töltött test környezetében más töltött részecskékre erő hat, amely arányos a töltés nagyságával és iránya minden ponton egy arra a pontra jellemző mennyiség. Ebből a tulajdonságból vezethető be az elektromos térerősség fogalma, amely egy vektor, tehát ezt egy vektormezővel lehet megadni.

Az általános relativitáselméletben a téridő minden pontjában megadható illetve az anayag- és energiaeloszlás ismeretében elvileg kiszámítható a téridő metrikája, amelyet egy szimmetrikus tenzor ad meg, ez tehát egy tenzormező - de ezúttal nem a háromdimenziós térben, hanem a négydimenziós téridőben.

Mindhárom fenti példa egy-egy mezőt adott meg. A klasszikus newtoni gravitációs mező is felfogható egy vektormezőnek, ahol minden pontban meg van adva a gravitációs gyorsulás. De minden esetben fontos az a tény, hogy a mezők alakját a források határozzák meg: az anyageloszlás, töltéseloszlás, hőmérséklet esetén a szobában lévő hőforrások vagy az ablakon be- vagy kiáramló hő, stb.

Tehát a válaszom tömören: a mező elsősorban matematikai fogalom, és konkrét fizikai jelentése az adott kontextustól függ, kialalulása és szerkezete pedig az adott kontextusban releváns fizikai törvényektől, amelyek a mezők forrásai és szerkezete között teremtenek kapcsolatot.

Nemcsak a nagy tömegű testeknek van tömegvonzása, hanem mindennek, tehát a kis tömegűeknek is, pl. az elemi részecskéknek is. Ez az anyag velejárója, tulajdonsága. Nagy léptékben ezt fenomenologikus szinten a newtoni gravitációelmélet írja le, kicsit pontosabban pedig az általános relativitáselmélet. De igazából mindkettő csak azt a tényt rögzíti, hogy a tömeg (illetve az általános relativitáselméletben az energia is valamint ezek áramlása) a gravitáció forrásaként jelenik meg.

Hogy miért kelt a tömeg gravitációs teret? Erre nehéz válaszolni. Egyszerűen ilyen a világ, így működik a természet. Ahogy a töltés elektromos teret hoz létre, mozgó töltések pedig mágneses teret, úgy az anyag egy másik minősége, a tömege pedig a gravitáció forrása. Ha az anyag semmilyen formában nem hatna a környezetére, akkor nem lennének kölcsönhatások, erők, minden mindenen csak szépen áthatolna és semmi sem gyakorolna hatást semmi másra sem, és akkor mi sem léteznénk. Ez egy kicsit antropikus jellegű érvelés, de legalábbis számomra sokkal ésszerűbb egy olyan világ, amelyben a dolgok hatással vannak egymásra és képesek befolyásolni egymást, és akkor ez nem megy erők közvetítése nélkül, mint egy olyan, amelyben minden független minden mástól.

Ennél okosabbat nem hiszem, hogy tudnék írni. Ez már filozófia, nem is puszta természettudomány.