電荷守恆定律
一种关于电荷的守恒定律 / 維基百科,自由的 encyclopedia
在物理學裏,電荷守恆定律(law of charge conservation)是一種關於電荷的守恆定律。電荷守恆定律有兩種版本,「弱版電荷守恆定律」(又稱為「全域電荷守恆定律」)與「強版電荷守恆定律」(又稱為「局域電荷守恆定律」)。[1]弱版電荷守恆定律表明,整個宇宙的總電荷量保持不變,不會隨着時間的演進而改變。注意到這定律並沒有禁止,在宇宙這端的某電荷突然不見,而在宇宙那端突然出現。強版電荷守恆定律明確地禁止這種可能。強版電荷守恆定律表明,在任意空間區域內電荷量的變化,等於流入這區域的電荷量減去流出這區域的電荷量。對於在區域內部的電荷與流入流出這區域的電荷,這些電荷的會計關係就是電荷守恆。
定量描述,強版定律的方程式是一種連續方程式:
- ;
其中,是在時間某設定體積內的電荷量,、是在時間間隔內分別流入與流出這設定體積的電荷量。
上述兩種守恆定律建立於一個基礎原則,即電荷不能獨自生成與湮滅。假設帶正電粒子接觸到帶負電粒子,兩個粒子帶有電量相同,則因為這接觸動作,兩個粒子會變為中性,這物理行為是合理與被允許的。一個中子,也可以因𝛃衰變,生成帶正電的質子、帶負電的電子與中性的反微中子。但是,任何粒子,不可能獨自地改變電荷量。物理學明確地禁止這種物理行為。更仔細地說,像電子、質子一類的亞原子粒子會帶有電荷,而這些亞原子粒子可以被生成或湮滅。在粒子物理學裏,電荷守恆意味着,在那些生成帶電粒子的基本粒子反應裏,雖然會有帶正電粒子或帶負電粒子生成,在反應前與反應後,總電荷量不會改變;同樣地,在那些湮滅帶電粒子的基本粒子反應裏,雖然會有帶正電粒子或帶負電粒子湮滅,在反應前與反應後,總電荷量絕不會改變;
雖然全域電荷守恆定律要求宇宙的總電荷量保持不變,到底總電荷量是多少仍舊是有待研究問題。大多數跡象顯示宇宙的電荷量為零,[2][3]即正電荷量與負電荷量相同。