Waarom is een elektron negatief geladen en wat is het verschil tussen negatieve en positieve ladingen?

In de kwantumtheorie van elementaire deeltjes (in de zin van een onherleidbare representatie van de Poincaregroep met massa $ m $ en spin (heliciteit) $ s $) als een operator $ \ hat {Q} $ van interne symmetrie pendelt (zoals elektrische lading) met Hamiltoniaanse $ \ hat {H} $ van een gegeven veldtheorie, moet er $$ [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = q_ {A} \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p), \ quad [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = -q_ {A} \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p). $$ Hier is $ \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} (x) $ een veld dat deeltjes maakt, terwijl $ \ hat {\ varphi} (x) $ een veld is dat antideeltjes maakt.

Je kunt dus twee feiten zien: het deeltje heeft lading die gelijk is aan de lading van het corresponderende antideeltje met minteken; de instelling van het teken van de lading van het deeltje is formeel. We kunnen de positronlading als negatief instellen, de fysica verandert niet.

Kosten zijn slechts de maatstaf voor interactie. Laten we dit eens bekijken aan de hand van het eenvoudige voorbeeld.

We weten dat er interactie is tussen twee elektronen die niet kan worden omschreven als zwaartekracht (ze worden afgestoten). We weten ook dat proton en elektron worden aangetrokken (deze interactie kan ook “niet als zwaartekracht worden omschreven omdat hij sterker is dan deze). Dan weten we dat deze interactie in het eenvoudigste geval gelijk is aan $ \ frac {1} {r ^ {2}} $ wet, en de mate van interactie is constant in de tijd. We moeten de theorie bouwen met deze eigenschappen. De lading van een gegeven deeltje, als (voor de eenvoud) de massa in het geval van gravitatie-interactie, zegt ons over zijn deelname aan interactie.

Opmerkingen

• Ik stelde een soortgelijke vraag enkele maanden geleden in de hoop op enig inzicht. Het lijkt erop dat we ' niet de " zwaartekracht-is-de-buiging-van-ruimte-tijd " uitleg voor kosten nog niet. We kunnen het wat beschrijven, maar niet het waarom. Geweldige algemene vraag!
• Uw eerste alinea kan sommige lezers bang maken, maar de anderen zijn echt goed.+1
• @Shookster De algemene relativiteitstheorie is een uitzondering in zijn uiterlijk, aangezien het leek lang voordat er gegevens waren om zijn voorspellingen te bevestigen. WAAROM vragen in de natuurkunde over fundamentele definities terechtkomen op de postulaten en wetten die aangenomen moeten worden zodat een wiskundig model past bij bestaande data en nieuwe waarnemingen voorspelt. De postulaten en wetten zijn voor het wiskundige model gekozen als extra axiomas OMDAT ze de wiskunde beperken tot waarnemingen en correcte voorspellingen. Een van de impliciete postulaten van gegevens is het bestaan van twee tegengestelde kosten.

Als we opnieuw alle positieve elektrische ladingen als negatief aanwijzen en vice versa, terwijl ze hun absolute waarde behouden, zou de resulterende fysica hetzelfde zijn. Dus de exacte keuze is slechts een kwestie van afspraak.

Het is alleen van belang dat de elektrische lading van proton en elektron tegengesteld is ($ Q_ \ text {proton} = – Q_ \ text {electron} $). De kosten zijn additief, wat betekent dat als u één systeem heeft met kosten $ Q_1 $ en een ander systeem met kosten $ Q_2 $, het gecombineerde systeem de kosten $ Q_1 + Q_2 $ (som van die kosten) heeft.

Lading van elektron is tegengesteld aan die van proton, dus een combinatie van een gelijk aantal protonen en elektronen heeft een totale lading nul, d.w.z. het is elektrisch neutraal. Een dergelijke combinatie (tot meerdere andere deeltjes (neutronen)) is het gebruikelijke (niet geïoniseerde) atoom.

Het concept van elektrische lading wordt geïntroduceerd om experimenten uit te leggen (oorspronkelijk van statische elektriciteit). Het blijkt dat er slechts twee soorten heffingen nodig zijn en om ze te onderscheiden en te onderscheiden krijgen ze labels. Het handigste label is positief en negatief (dat heeft enkele wiskundige voordelen). Het is pure conventie dat protonen een positieve lading krijgen en elektronen als negatief.

Het is gebleken dat alle ladingen van hetzelfde type elkaar afstoten, terwijl ladingen van verschillende typen elkaar aantrekken.

Alle deeltjes lijken gegroepeerd te zijn onder twee verschillende polariteiten gebaseerd op de manier van aantrekken of afstoten. Die deeltjes die elkaar afstoten zouden soortgelijke ladingen hebben. Degenen die elkaar aantrekken, hebben verschillende kosten. Een positieve of negatieve lading zijn, is een kwestie van conventie die al door de wetenschappelijke wereldgemeenschap is aanvaard.

Een lading is een eigenschap die een lichaam bezit wanneer er een interne onbalans is van het aantal deeltjes met verschillende polariteiten op basis van aantrekking of afstoting.