장

요약 어떤 물리량 f가 일정한 공간영역에 걸쳐 그 공간 내의 위치의 함수로서 주어졌을 때의 영역이다. 물체 사이에 작용하는 힘이 공간을 거치면서 차례로 전달된다는 생각에서 도입되었으며, 이는 공간 자체가 물리적인 실체임을 의미한다. 한편, 물질과 장은 하나의 실체에 대한 두 가지 면으로 이해되고 있다.

f가 스칼라량이면 스칼라장, 벡터량이면 벡터장, 텐서량이면 텐서장이라고 한다. 전기장·자기장·만유인력장 및 중력장 등은 그 예이다. 일반적으로 장으로 기술되는 물리량이 힘인 경우를 특히 역장(力場)이라고 한다. 만유인력장과 같이 공간 내의 각 점마다 하나의 함수가 대응하는 장은 스칼라장이 되고, 전기장이나 자기장과 같이 각 점에서 방향성을 나타내는 세 성분을 가진 함수로 기술되는 장은 벡터장이 된다. 대전체(帶電體) 사이 또는 물체 사이에 서로 작용하는 힘을 거리에 관계없이 순간적으로 작용하는 것으로 보지 않고, 도중의 공간이 힘을 매개하여 유한한 속력으로 공간의 한 점에서의 변화를 차례로 전달해 간다는 생각에서 장의 개념이 나온 것이다. 즉, 공간 자체가 물리적 실체로서의 구실을 하는 것이다.

고전역학에서는 장의 원천이 되는 질량을 가진 물질 또는 하전입자(荷電粒子)와는 성질이 다르다 하여, 장을 물질과 대립하는 것으로 보는 이원론적 해석이 이루어졌다. 한편 양자론(量子論)에 의하면 각각의 장에는 고유한 소립자(素粒子)가 따르는데, 예를 들면 전자기력은 전자기장에 따른 교환력(交換力)에 의하여 매개되고, 핵력(核力)은 핵력장에 따른 π중간자의 교환력에 의하여 매개된다고 생각하고 있다. 이 생각에 의하면 역으로 물질입자인 전자도 전자기장에 따른 입자로 간주할 수 있다. 즉, 물질과 장이라는 이원론적 요소는 하나의 실체의 두 측면으로서 통일적으로 이해된다는 것이다. 이 생각은 소립자 전체에 대하여 장의 일원론(一元論)이라고 일컫는 중요한 물질관의 근거가 되고 있다.