首先我要说明一点。如果细究正负电荷相互吸引这个问题的本质是什么,我要问答你:到目前仍然是未知。但我们目前的物理理论是能够完美正确的解释这个现象,接下来我就用两个不同的角度来解释正负电荷相互吸引。
第一种:
库仑定律:真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力同它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。
电场:电荷周围存在着的一种特殊物质。可以用虚拟的电场线来表示,这一概念在19世纪初由法拉第提出。
麦克斯韦方程组:它由四个方程组成,描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。
好,到这里停一下,第一个角度就出来了: 当正电荷放在某个空间时,它的周围会产生电场,而电场就会对放入其中的负电荷产生吸引的电场力,放入其中的正电荷产生排斥的电场力 。这也是我们高中甚至大学阶段接触到的,它是正确的吗?当然它是正确的,不要怀疑!
第二种:
接下来用量子场论来进行解释,放心,就写一点点来解释清楚,肯定没有额外公式和特殊符号(手动狗头)。量子场论是一个结合了经典场论(包括电磁场)、狭义相对论和量子力学的框架,它主要用于高能物理中。量子场论的核心:粒子就是场的量子激发, 每一种粒子都有自己相应的场 。在量子化过程中,玻色场满足对易关系,而费米场满足反对易关系,从而粒子之间的相互作用和动力学可以用量子场论来描述。我用下面的费曼图来解释同性电荷互相排斥
在费曼图中,粒子由线表示,费米子(电子是费米子哦)一般用实线,光子用波浪线,玻色子用虚线。一线与另一线的连接点称为顶点。此费曼图的纵轴为时间轴,向上为正,下方代表初态,上方代表末态。
一个电子在左端交点处发射出一个光子γ ,能量降低,转换为动量;另一个电子在右端交点处吸收一个光子γ ,变成高能电子,然后再释放出光子,能量降低,转换为动量。这样动量和能量在两个电子间不停循环交换,就表现出同性电荷互相排斥,异性电荷相互吸引的物理过程是基本一样的。
参考文献:
S.温伯格.【量子场论】[M].北京.高等教育出版社. 2021