一个物理场可以视为在空间和时间的某一点赋予一个
物理量(通常是以一种连续的方式)。例如,在气象预报中,某一天一个国家的风速可以用在空间的每一点赋予一个
向量来表述(通过移动代表该日的风速的箭头)。经典场论一词通常是指表述两类基本自然力的物理理论:电磁力和重力。
这些场的表述在
相对论之前就给出了,在相对论之下作了相应的改动。因此,经典理论可以归类为非相对论性和相对论性的。
某些最简单的物理场是向量力场。历史上,第一次认真考虑了场的是
迈克尔·法拉第表述
电场的电场线。然后重力场采用了相同的表述方式。
一个具有重力质量m的粒子,在重力场中受到一个力F。我们可以定义重力场g=F/m。我们要求探测质量m小到它的出现不扰动重力场。牛顿
引力定律说两个相隔距离r的粒子。应用
艾萨克·牛顿第二定律(对于
常数惯性物质)F=ma,而观察惯性质量和引力质量的实验观察是
相等的,并且达到了空前的精度。这可以导出重力场g的定义。
一个带电测试粒子,电荷q,受到一个力F,完全基于它的电荷。我们可以类似地表述电场E,使得F=qE。利用这个和
库仑定律,我们可以定义单个电荷粒子产生的电场。
经典场论的现代表述通常要求
亨德里克·洛伦兹共变性,因为这现在被认为是自然的基本原理。一个场论倾向于在数学上用拉格朗日量来表达。这是一个函数,用于作用原理,并给出场
方程和一个该理论的
守恒定律。
历史上,第一个(经典)场论是(分别)表述
电场和磁场的。在大量试验之后,这两个场被发现是相关的,或者说,事实上,它们是同一个场的不同方面:这个场就是
电磁场。
詹姆斯·麦克斯韦的电磁场理论描述了电磁场和带电物体的相互作用。这个场论的第一个表述采用
向量场来描述电和磁场。随着
狭义相对论的发展,一个更好(而且更符合力学)的表述采用了张量场。这个表述采用一个表示两个场的
张量而不是两个向量场分别表述电场和磁场。
艾萨克·牛顿重力被发现和狭义相对论不一致后,
阿尔伯特·爱因斯坦给出了
引力的新理论称为
广义相对论。这将引力作为由质量引起的几何现象('弯曲时空')表述,而重力场是用一个称为度量张量的张量场来表示。爱因斯坦场方程描述了这个
曲率如何引入。这个场
方程可以用爱因斯坦-希尔伯特作用量导出。