Физи́ческие поля́, физические системы, обладающие бесконечно большим числом степеней свободы. Относящиеся к такой системе физические величины не локализованы на каких-либо отдельных материальных частицах с конечным числом степеней свободы, а непрерывно распределены по некоторой области пространства. Примерами таких систем могут служить гравитационные и электромагнитные поля и волновые поля частиц в квантовой физике (электронно-позитронное, мезонное и т. п.).

При рассмотрении нерелятивистских процессов понятие поля обычно не вводят. Например, при рассмотрении гравитационного или кулоновского взаимодействия двух частиц можно считать, что сила взаимодействия возникает лишь при наличии обеих частиц, полагая, что пространство вокруг частиц не играет особой роли в передаче взаимодействия. Такое представление соответствует концепции дальнодействия, или действия на расстоянии. Понятие о дальнодействии, однако, является приближением только в нерелятивистском случае, физически эквивалентным представлению о том, что действие заряда проявляется лишь при помещении второй, пробной частицы в область пространства, свойства которого уже изменены из-за наличия первой частицы.

Понятие поля введено М. Фарадеем и Дж. К. Максвеллом в 1830–1860-х гг. для описания механизма действия электрических и магнитных сил. Концепция силового поля как посредника при передаче взаимодействия возникла в качестве альтернативы идее дальнодействия. Она подразумевает, что само наличие заряженной частицы меняет свойства пространства: частица создаёт вокруг себя силовое электрическое поле. Каждая точка изменённого пространства обладает потенциальной способностью проявить действие силы. Для этого достаточно поместить в эту точку второй, пробный заряд. Пробный заряд взаимодействует не непосредственно с зарядом – создателем поля, а с полем в точке, где этот пробный заряд находится. Поле выполняет роль посредника: оно от точки к точке передаёт действие одного заряда на другой. Такой механизм называется близкодействием. Взаимодействие при этом передаётся постепенно, от точки к точке в таком изменённом пространстве. Это и означает, что первая частица создаёт вокруг себя силовое гравитационное или электрическое поле.

Концепция близкодействия находит подтверждение при рассмотрении релятивистских процессов. При движении источников со скоростью, сравнимой со скоростью передачи взаимодействия, говорить о дальнодействии уже нельзя. Изменение состояния одной частицы сопровождается, вообще говоря, изменением её энергии и импульса, а изменение силы, действующей на другую частицу, наступает лишь через конечный промежуток времени. Доли энергии и импульса, отданные одной частицей и ещё не принятые второй, принадлежат в течение этого времени переносящему их полю. Поле, переносящее взаимодействие, является, т. о., само по себе физической реальностью.

Понятие физического поля применимо при описании свойств любой сплошной среды. Если сопоставить с каждой точкой среды определяющие её состояние физической величины (температуру, давление, натяжение и др.), то получится поле этих величин. В этом случае роль упругой среды для передачи взаимодействия очевидна. Первоначальная трудность представить немеханическую среду, способную переносить энергию и импульс, породила различные механические модели эфира как среды, переносящей электромагнитные взаимодействия. Однако все механические модели эфира противоречат принципу относительности Эйнштейна, и от них пришлось отказаться.

Простейший тип движения поля – волновое, для которого полевая функция периодически меняется во времени и от точки к точке. Любое состояние поля удобно представить в виде суперпозиции волн. Для волнового движения характерны явления дифракции и интерференции, невозможные в классической механике. С другой стороны, динамические характеристики волн (энергия, импульс и т. д.) «размазаны» в пространстве, а не локализованы, как у классических частиц.

Такое противопоставление волновых и корпускулярных свойств, присущее классической механике, отражается в ней как качественное различие между физическими полями и частицами. Однако опыт показывает, что на малых расстояниях, в атомных масштабах, это различие исчезает: у поля выявляются корпускулярные свойства (например, эффект Комптона), у частиц – волновые (например, дифракция частиц).

Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице поле её волновой функции, дающее распределение различных относящихся к частице физических величин. Движение частицы представляется при этом как распространяющиеся колебания её волновой функции. Однако волновую функцию нельзя трактовать как реальное физическое поле, и в своей обычной форме квантовая механика не полностью сняла противопоставление полей и частиц. Она оказалась способной лишь отразить волновые свойства частиц как намёк на полное единство поля и частицы – корпускулярно-волновой дуализм.

Единую корпускулярно-волновую точку зрения осуществляет квантовая теория поля в терминах нового физического объекта – квантованного поля, описывающего на равной основе и поля, и частицы. Именно на квантованное поле переносятся требования симметрии и инвариантности, которые являются обобщением экспериментальных данных, описывающих разнообразие элементарных частиц и их взаимодействий.