Medan dalam ilmu fisika adalah kehadiran besaran fisika di setiap titik dalam ruang (atau, secara lebih umum, ruang-waktu). Kekuatan medan biasanya berubah-ubah dalam suatu wilayah.
Medan biasanya direpresentasikan secara matematis oleh medan skalar, vektor atau tensor. Sebagai contoh kita dapat memodelkanmedan gravitasi menggunakan medan vektor. Pada medan ini suatu vektor melambangkan percepatan yang akan didapat titik massa pada tiap titik di dalam ruang. Contoh lain adalah medan temperatur atau medan tekanan udara, yang kerap diilustrasikan dalam laporan cuaca sebagai isoterm dan isobar, dengan menghubungkan titik-titik yang memiliki suhu atau tekanan yang sama.
Teori Medan
Teori Medan biasanya mengacu pada konstruksi dinamika suatu medan, yaitu spesifikasi bagaimana suatu medan berubah terhadap waktu atau terhadap komponen lain dari medan tersebut. Biasanya ini dilakukan dengan menulis Lagrangian atau Hamiltonian dari medan tersebut, dan memperlakukannya sebagai sistem mekanika klasik ataukuantum dengan jumlah derajat kebebasan tak terhingga. Teori medan yang dihasilkan disebut sebagai teori medan klasik atau teori medan kuantum.
Dalam fisika modern, medan yang paling sering dipelajari adalah model empat gaya fundamental yang pada suatu hari mungkin menghasilkan Teori Medan Terpadu
Medan klasik
Terdapat beberapa contoh medan klasik. Dinamika suatu medan klasik biasanya dispesifikasikan oleh kerapatan Lagrange dalam komponen medan. Dinamika tersebut dapat diperoleh menggunakan prinsip Aksi.
Michael Faraday pertama kali menyadari pentingnya medan sebagai objek fisika, selama penyelidikannya tentang magnetisme. Dia menyadari bahwa medan listrik dan medan magnet tidak hanya medan gaya yang menentukan gerakan partikel, tetapi juga memiliki realitas fisika sendiri, karena mereka mengandung energi.
Gagasan ini pada akhirnya berujung pada penciptaan teori medan terpadu pertama oleh James Clerk Maxwell, dengan diperkenalkannya persamaan untuk medan elektromagnetik. Versi modern persamaan ini disebut sebagai Persamaan Maxwell. Pada akhir abad ke-19, medan elektromagnetik dipahami sebagai kumpulan dua medan vektor dalam ruang. Saat ini, para fisikawan merumuskannya sebagai medan tensor tunggal asimetris orde-2 dalam ruang-waktu.
Teori gravitasi Einstein, teori relativitas umum, adalah contoh lain teori medan. Di sini medan utama adalah tensor metrik, medan tensor orde-2 simetris dalam ruang-waktu.
Medan kuantum
Saat ini para fisikawan percaya bahwa mekanika kuantum semestinya mendasari semua fenomena fisis, sehingga suatu teori medan klasik, paling tidak dalam prinsipnya, dapat dirumuskan dalam bentuk mekanika kuantum. Keberhasilan kuantisasi ini menghasilkan teori medan kuantum yang terkait. Sebagai contoh kuantisasi elektrodinamika klasikmenghasilkan elektrodinamika kuantum. Elektrodinamika kuantum dapat disebut sebagai teori ilmiah paling berhasil. Data percobaan mengkonfirmasi ramalannya dengan kecermatan lebih tinggi daripada teori lain manapun. Dua teori medan kuantum dasar lainnya adalah kromodinamika kuantum dan teori elektrolemah. Ketiga teori medan kuantum ini dapat diturunkan sebagai kasus khusus model standar fisika partikel. Teori Relativitas Umum, teori medan gravitasi klasik, sampai saat ini belum berhasil dikuantisasi.
Teori medan klasik masih bermanfaat pada keadaan sifat-sifat kuantum tidak muncul, dan dapat menjadi wilayah penelitian aktif. Elastisitas bahan, dinamika fluida, danpersamaan Maxwell merupakan contoh-contohnya.
Medan acak kontinu
Medan klasik seperti disebut di atas, seperti medan elektromagnetik, biasanya merupakan fungsi yang dapat diturunkan (diferensiabel), namun pada setiap kasus medan-medan tersebut hampir selalu dapat diturunkan dua kali. Namun fungsi tergeneralisasi tidaklah kontinu. Ketika berurusan dengan medan klasik pada temperatur terhingga, metode matematika medan acak kontinu mesti dipakai, karena medan klasik yang berfluktuasi secara termal tidak dapat diferensiasikan di mana pun (nowhere differentiable).
