電荷群

電荷群一詞早已出現，在很多教材和學術論文中都有使用。

基本介紹

• 中文名：電荷群
• 外文名：charge group
• 來源：教材和學術論文
• 好處：普朗克常數
• 理解：萬有引力

電荷

在電磁學里，電荷（英語：electric charge）是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為“帶電物質”。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方，也會感受到對方施加的作用力，所涉及的作用力遵守庫侖定律。電荷分為兩種，“正電荷”與“負電荷”。帶有正電荷的物質稱為“帶正電”；帶有負電荷的物質稱為“帶負電”。假若兩個物質都帶有正電或都帶有負電，則稱這兩個物質“同電性”，否則稱這兩個物質“異電性”。兩個同電性物質會相互感受到對方施加的排斥力；兩個異電性物質會相互感受到對方施加的吸引力。

電荷是許多次原子粒子所擁有的一種基本守恆性質。稱帶有電荷的粒子為“帶電粒子”。電荷決定了帶電粒子在電磁方面的物理行為。靜止的帶電粒子會產生電場，移動中的帶電粒子會產生電磁場，帶電粒子也會被電磁場所影響。一個帶電粒子與電磁場之間的相互作用稱為電磁力或電磁相互作用。這是四種基本相互作用中的一種。

度量

主條目：電荷量

電荷的量稱為“電荷量”。在國際單位制里，電荷量的符號以Q為表示，單位是庫倫（C）。研究帶電物質相互作用的經典學術領域稱為經典電動力學。假若量子效應可以被忽略，則經典電動力學能夠很正確地描述出帶電物質在電磁方面的物理行為。

二十世紀初，著名的油滴實驗證實電荷具有量子性質，也就是說，電荷是由一堆稱為基本電荷的單獨小單位組成的。基本電荷以符號e標記，大約帶有電荷量（電量）1.602× 10庫侖。夸克是個例外，所帶有的電量為e/3的倍數。質子帶有電荷量e；電子帶有電荷量-e。研究帶電粒子與它們之間由光子媒介的相互作用的學術領域稱為量子電動力學。

靜電

假設在平衡狀況，某物體的總電量不等於零，也就是說，這物體帶有正電荷或負電荷，則稱此物體帶有靜電。這方面的問題屬於靜電學領域。琥珀在經過用貓毛摩擦後，能夠吸引輕小物體，這現象稱為的靜電現象。這是負電荷從貓毛轉移到琥珀後，所呈現的電性。當兩個處於電勢不相等的物體相互接觸在一起，就會發生另外一種靜電現象，稱為靜電放電，使得一個物體的電荷流動至另一個物體，從而促成電勢相等。雷電是一種比較劇烈的靜電放電。在大自然中，因為雲層累積的正負電荷劇烈中和，會產生雷電和其所伴隨的電光、雷聲、熱量。

點電荷

一個正電荷與其電場線

一個負電荷與其電場線

帶電粒子時常被稱為電荷，但電荷本身並非粒子，只是為了方便描述，可以將它想像成粒子。帶電量多者稱為具有較多電荷。處於一外電場的帶電粒子，其所感受到的外電場的庫侖力相依於其帶電量。

點電荷是帶電粒子的理想模型。真正的點電荷並不存在，只有當帶電粒子之間的距離超大於粒子的尺寸，或是帶電粒子的形狀與大小對於彼此相互施加的作用力的影響能夠被忽略時，可稱此帶電體為“點電荷”。

一個實際帶電體能否視為點電荷，不僅與帶電體本身有關，還取決於問題的性質和精確度的要求。點電荷是建立基本規律時必要的抽象概念，也是分析複雜問題時不可少的分析手段。例如，庫侖定律、勞侖茲力定律的建立，帶電體所產生的電場以及幾個帶電體之間彼此相互作用的定量研究，試驗電荷的引入等等，都套用了點電荷的觀念。

束縛電荷與自由電荷

有時候，雖然物體的總電量等於零，電荷分布可能會不均勻（例如，因為存在著外電場）。對於這狀況，這物質稱為電極化物質。束縛電荷是由於電極化而出現的電荷，束縛於原子內部。與束縛電荷明顯不同，自由電荷是從外部置入的額外的電荷，不被束縛於原子內部。帶電粒子朝著某方向的運動形成了電流，特別是在金屬內部運動的電子。

粒子的電荷

在粒子物理學中，許多粒子都帶有電荷。電荷在粒子物理學中是一個相加性量子數，電荷守恆定律也適用於粒子，反應前粒子的電荷之和等於反應後粒子的電荷之和，這對於強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用都是嚴格成立的。

反粒子帶有的電荷與對應粒子帶有的電荷，電量相同，電性相異。夸克帶有非整數電荷，不是-e/3，就是2e/3；但是科學家從未觀察到單獨夸克的存在（這事實可以用漸近自由（Asymptotic freedom）的理論來解釋）。

電荷宇稱時間對稱

電荷宇稱時間對稱（CPT-symmetry）對於粒子和反粒子的相對特性設下了強烈的約束。因此，可以嚴格地測試這理論。例如，質子和反質子的電荷的總和必須正好等於零。這全等式的精確度已經作實驗測試至10分之一。使用潘寧阱（Penning trap）來囚禁反質子，質子和反質子的電荷質量比相等性質的精確度也被測試至6×10分之一。

庫侖定律

給予兩個電量分別為、，位置分別為、的點電荷。根據庫侖定律，點電荷{\displaystyle q'}作用於點電荷{\displaystyle q}的力量的大小與方向，以方程表達為

假若兩個點電荷同性（電荷的正負號相同），則其電量的乘積{\displaystyle qq'}是正值，兩個點電荷互相排斥。反之，假若兩個點電荷異性（電荷的正負號相反），則其電量的乘積{\displaystyle qq'}是負值，兩個點電荷互相吸引。

引入

2008 年以前遇見“電荷群”一詞，很容易地直接從字面的意義上理解應當是一群電荷。2008 年開始，有人為了方便指明一類研究對象。也使用了電荷群一詞。電量絕對值相等且數量相等的異號點電荷混合，正電荷與負電荷不重合。這些點電荷在空間中聚集形成的群體被稱為電荷群。

研究電荷群帶來的好處有：

給我們嶄新的研究微觀物質的方法。把微觀物質看作電荷群後能夠理解強相互作用和弱相互作用的成因。能夠找到一種形成普朗克常數的原因。

重新理解分子間力。極性分子和非極性分子的各種組合中都有“取向力”。前提是“取向力”一詞不僅針對電偶極，也針對電多極。

再一次重新理解萬有引力。包括天體在內的巨觀物體都是電荷群。電荷群之間因存在“取向力”必有相互吸引作用。這個作用是萬有引力中的一部分還是全部有待研究。

引入動態點電荷和動態電荷群後。發現存在一種獨特的力量。這種力量的產生不需要與其它物體相互作用。看似人類應該能製造出飛碟了。