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スカラー場 📂数理物理学

スカラー場

定義

物理学でスカラー場scalar fieldとは、空間の各ベクトル(点)にスカラー値を対応させるもので、つまり次のような関数を指す。

$$ f: \mathbb{R}^{n} \to \mathbb{R} $$

説明

フィールドという名前が付いた関数は、その定義域の要素がベクトルであることを意味する。したがってスカラー場とは、ベクトルをスカラーに対応させる関数である。

関数対応関係
スカラー場ベクトル $\mapsto$ スカラー点 $(x, y, z)$での温度
$T = T(x,y,z)$
ベクトル場ベクトル $\mapsto$ ベクトル点 $(x, y, z)$での物体の速度
$\mathbf{v} = \mathbf{v}(x, y, z) = \begin{bmatrix} v_{x}(x,y,z) \\ v_{y}(x,y,z) \\ v_{z}(x,y,z) \end{bmatrix}$
テンソル場ベクトル $\mapsto$ テンソル点 $(x, y, z)$で物体が受ける応力
$\sigma = \sigma(x, y, z) = \begin{bmatrix} \sigma_{xx} & \sigma_{xy} & \sigma_{xz} \\ \sigma_{yx} & \sigma_{yy} & \sigma_{yz} \\ \sigma_{zx} & \sigma_{zy} & \sigma_{zz} \end{bmatrix}$

例として以下のものがある。

  • ニュートン力学における重力ポテンシャル
  • 電磁気学における電位 $V$。これを微分すると $E = -\nabla V$ により電場になる。