电荷守恒定律
一种关于电荷的守恒定律 / 维基百科,自由的 encyclopedia
在物理学里,电荷守恒定律(law of charge conservation)是一种关于电荷的守恒定律。电荷守恒定律有两种版本,“弱版电荷守恒定律”(又称为“全域电荷守恒定律”)与“强版电荷守恒定律”(又称为“局域电荷守恒定律”)。[1]弱版电荷守恒定律表明,整个宇宙的总电荷量保持不变,不会随着时间的演进而改变。注意到这定律并没有禁止,在宇宙这端的某电荷突然不见,而在宇宙那端突然出现。强版电荷守恒定律明确地禁止这种可能。强版电荷守恒定律表明,在任意空间区域内电荷量的变化,等于流入这区域的电荷量减去流出这区域的电荷量。对于在区域内部的电荷与流入流出这区域的电荷,这些电荷的会计关系就是电荷守恒。
定量描述,强版定律的方程是一种连续方程:
- ;
其中,是在时间某设定体积内的电荷量,、是在时间间隔内分别流入与流出这设定体积的电荷量。
上述两种守恒定律建立于一个基础原则,即电荷不能独自生成与湮灭。假设带正电粒子接触到带负电粒子,两个粒子带有电量相同,则因为这接触动作,两个粒子会变为中性,这物理行为是合理与被允许的。一个中子,也可以因𝛃衰变,生成带正电的质子、带负电的电子与中性的反中微子。但是,任何粒子,不可能独自地改变电荷量。物理学明确地禁止这种物理行为。更仔细地说,像电子、质子一类的亚原子粒子会带有电荷,而这些亚原子粒子可以被生成或湮灭。在粒子物理学里,电荷守恒意味着,在那些生成带电粒子的基本粒子反应里,虽然会有带正电粒子或带负电粒子生成,在反应前与反应后,总电荷量不会改变;同样地,在那些湮灭带电粒子的基本粒子反应里,虽然会有带正电粒子或带负电粒子湮灭,在反应前与反应后,总电荷量绝不会改变;
虽然全域电荷守恒定律要求宇宙的总电荷量保持不变,到底总电荷量是多少仍旧是有待研究问题。大多数迹象显示宇宙的电荷量为零,[2][3]即正电荷量与负电荷量相同。