AIに、物理学の教育法の考察のため、「万有引力のような遠隔作用はどのような時空的変化で説明するのがベストか」「電磁場のような近接作用はどのように説明するのがベストか」と質問 私は、「場とは何か」と問いかけており、AIの回答は、中途半端であり、私が求めているレベルではなく、それでも、遠隔作用については、一般相対性理論における時空の歪みと言う説明で何とか受け入れられますが、電磁場の近接作用の話では、場と物質(エネルギー)の対立の具体的イメージがなく、もっと良い説明の仕方がないものか思案中です

質問

AIに、物理学の教育法の考察のため、「万有引力のような遠隔作用はどのような時空的変化で説明するのがベストか」「電磁場のような近接作用はどのように説明するのがベストか」と質問。

回答

万有引力（重力）は、一般相対性理論によって説明される時空の曲がりによる作用です。アインシュタインの一般相対性理論によれば、質量を持つ物体が時空を歪め、その歪みによって他の物体が引き寄せられるとされます。具体的には、質量のある物体が存在する場所では、時空が曲がり、その曲がりに従って物体が運動します。
簡単に言うと、質量のある物体は、時空に凹みを作り、その凹みに他の物体が落ち込むようなイメージです。この時空の曲がりは、質量が大きいほど強くなり、その影響範囲も広がります。これによって、例えば地球は、太陽の周りを公転し、月は、地球の周りを公転します。
もし、もう少し詳しく知りたい場合は、具体的な計算やグラフなどで説明することもできます。たとえば、シュヴァルツシルト解（ブラックホールに関する解）やフリードマン方程式（宇宙の膨張に関する方程式）などがあります。

電磁場の近接作用は、マクスウェルの電磁気学の方程式に基づいて説明されます。マクスウェルの方程式は、電磁場がどのように生成され、時間と空間を伝播するかを示しています。具体的には、電場と磁場が相互に作用し、変化することによって電磁波として伝播します。
電磁場の近接作用は以下のような時空的変化で説明されます：
・ガウスの法則（電場）: 電場の発生源は、電荷であり、電場の発生量は電荷の量に比例します。
・ガウスの法則（磁場）: 磁場は常に閉じたループを形成し、磁単極子は、存在しないため、磁場の発生源は、存在しません。
・ファラデーの法則（電磁誘導）: 変化する磁場は、その周囲に電場を生成します。具体的には、時間的に変化する磁場は、空間的に渦電場を生成します。
・アンペール-マクスウェルの法則 : 電流と変化する電場は、その周囲に、磁場を生成します。具体的には、時間的に変化する電場は、空間的に、渦磁場を生成します。
このように、電場と磁場は、お互いに変化し合いながら空間を伝播し、近接作用として観測されます。このプロセスは、光や電波などの電磁波の伝播にも関連しています。

私の感想

私は、「場の理論」の研究をしているため、常に、「場とは何か」と問いかけており、AIの回答は、中途半端であり、私が求めているレベルではなく、それでも、遠隔作用については、一般相対性理論における時空の歪みと言う説明で何とか受け入れられますが、電磁場の近接作用の話では、場と物質の存在というか、場と物質(エネルギー)の対立の具体的イメージがなく、もっと良い説明の仕方がないものか思案中です。