¿Cuál es la razón física subyacente detrás de las partículas con carga similar que se repelen entre sí y las partículas con carga opuesta se atraen entre sí? ¿Es esto solo un patrón observado en la naturaleza o hay una razón física subyacente detrás de esto?

Esto se puede entender en términos de energía potencial eléctrica. Entonces, cuando una partícula cargada se coloca en el campo eléctrico de otra partícula, adquiere una energía potencial que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia entre las partículas.

U = kQq / r

(Donde U es la energía potencial, k es una constante, q y Q son las magnitudes de las cargas de las partículas yr es la distancia entre las partículas)

Tenga en cuenta que cuando ambas partículas tienen el mismo tipo de carga, el signo de la energía potencial es positivo y cuando ambas tienen diferentes tipos de carga, el signo es negativo.

Ahora, todas las cosas en el universo quieren usar su energía potencial y reducirla tanto como puedan, por lo que aquí las partículas intentan reducir su energía potencial cambiando la distancia entre ellas.

Cuando las cargas similares se alejan unas de otras, ‘r’ aumenta y como ‘U’ es inversamente proporcional a la misma, disminuye.

Por otro lado, cuando las cargas opuestas se mueven entre sí, la magnitud de la energía potencial aumenta, sin embargo, aumenta con un signo negativo, lo que técnicamente significa que está disminuyendo.

Si no está satisfecho, le sugiero que consulte la siguiente respuesta

La respuesta de Chetan Pandey a ¿Por qué los cargos similares se repelen y los cargos opuestos se atraen?

¡Encantado de ayudar!

La razón subyacente es muy profunda y radica en la teoría de campo cuántico, que llevaría un tiempo (más precisamente, por mucho tiempo que tarde en terminar un grado de física) para explicar adecuadamente.

En pocas palabras, las fuerzas están mediadas por bosones que tienen un giro entero. Si ese giro es uniforme, la fuerza es atractiva para cargas similares y repulsiva para los opuestos, y si el giro es extraño, es al revés.

La fuerza electromagnética está mediada por fotones que tienen espín 1, por lo tanto, es repulsiva para cargas similares. La gravedad es atractiva para masas similares, por lo que el hipotético gravitón debe tener incluso un giro; específicamente, para ser consistente con la relatividad general se espera que sea igual a 2.

Un ejemplo más exótico aparece en la superconductividad, donde los electrones se atraen entre sí y forman pares. Cualquier fuerza involucrada es claramente atractiva para cargos idénticos, por lo que debe haber un bosón con incluso un giro responsable. De hecho, en los superconductores convencionales, la interacción electrón-electrón está mediada por fonones, que tienen espín 0.

Permítanme correr el riesgo de ser ridiculizado por el profesor Jess Brewer y otros físicos brillantes y responda esta pregunta de la siguiente manera.

Usted y su amigo se paran uno al lado del otro, y ambos extienden los brazos.

Primero, ambos giran en sentido horario [alrededor del propio eje vertical]. Si tus brazos chocan con los de tu amigo, tus velocidades de giro y las de tu amigo se reducirán. Como desea seguir girando, tenderá a alejarse unos de otros para reducir las colisiones que reducen el giro.

Luego, giras en sentido horario y dejas que tu amigo gire en sentido antihorario. Si sus brazos chocan con los de su amigo, su velocidad de giro y la de su amigo aumentarán. Dado que desea seguir girando, tenderá a acercarse entre sí para mejorar las colisiones que mejoran el giro.

Apliquemos esta analogía a las cargas eléctricas. Quizás, las cargas eléctricas positivas tienen algún tipo de giro hacia la izquierda y las cargas eléctricas negativas tienen algún tipo de giro hacia la derecha. (El giro al que me refiero es “alrededor del propio eje vertical” y no debe confundirse con el giro que hace una partícula Fermion o Boson).

Tanto la carga eléctrica positiva como la carga eléctrica negativa quieren seguir girando. Dado que los giros con la misma dirección tienden a reducir los giros, las cargas con el mismo signo tienden a alejarse entre sí. Dado que los giros opuestos tienden a aumentar los giros, las cargas con signo opuesto tienden a moverse entre sí.

Por favor, no tome esta analogía y responda literalmente. No reclamo que mi respuesta sea correcta.

¿Qué tal un poco de diversión (relacionada con giros)?

Cuando conoces la teoría de todo, puedes responder preguntas como la tuya. Conocer la teoría de todo significa saber cómo los campos eléctricos son realmente creados por sus partículas asociadas. Un campo eléctrico es creado por el movimiento de energía dentro de la energía del espacio-tiempo y, por lo tanto, está asociado con los aspectos cinéticos de la energía dentro de la estructura energética interna de una partícula.

El movimiento de la energía desplaza el espacio-tiempo y, al hacerlo, el desplazamiento es en compresión del espacio-tiempo o en el estiramiento del espacio-tiempo subyacente. Ambos requieren energía en el movimiento del espacio-tiempo desde su posición equienergética.

Cuando el espacio-tiempo se estira a lo largo de una dirección, el cizallamiento se desarrolla perpendicular a la dirección de estiramiento. El cambio en la cantidad de cizallamiento es lo que crea el campo eléctrico. Cuando el cizallamiento se asocia con la compresión del espacio-tiempo, la carga eléctrica es negativa. Cuando la cizalladura se asocia con el estiramiento del espacio-tiempo, el campo eléctrico es positivo.

La razón por la cual las cargas similares se repelen es porque las partículas están tratando de establecer sus campos de energía en el mismo espacio que la otra partícula está configurando su campo de energía. Cuando dos partículas están configurando el mismo campo de energía, compiten en colocar más y más compresión o más y más distracción del espacio-tiempo asociado con la creación del campo de energía. Se requiere más energía para mover estas partículas juntas para lograr esto.

Las cargas eléctricas opuestas no compiten. Realmente facilitan que una partícula cree su campo de energía en el espacio-tiempo que ya se ha efectuado con la carga opuesta. Por ejemplo, una partícula que tiene un campo eléctrico negativo que crea compresión en el espacio-tiempo configuraría fácilmente su campo de electrices a medida que descomprime el espacio-tiempo.

Lo que sucede es que el campo de energía asociado con una partícula no está equilibrado alrededor del centro de la partícula. El centro de una partícula siempre tiende a moverse para equilibrarse dentro de su propio campo de energía creado.

Los físicos tienen las matemáticas de estos campos pero no saben cómo se crean los campos en sí. Eso los deja en la oscuridad hasta que aprenden la Teoría de todo de Gordon. Todavía estoy esperando a mi Max Planck!

Las cargas eléctricas son solo patrones notados en la naturaleza.

Las etiquetas “positivo” y “negativo” originalmente indicaban una unificación entre diferentes tipos de electricidad, y luego se dio cuenta de que había partículas asociadas con la carga.

Para obtener detalles sobre las propiedades y simetrías fundamentales, consulte la discusión: https://www.physicsforums.com/th …

Creo que sería prudente tomarlo como un hecho dado, ya que la definición de cargas “similares” y “distintas” es bastante circular en términos de sus efectos entre sí.

Una vez que empiece a estudiar el Modelo estándar y la Gravitación, es posible que desee reflexionar sobre por qué la carga eléctrica viene en unidades cuantificadas de positivo y negativo con las reglas antes mencionadas sobre atracción o repulsión, mientras que la masa (que puede considerarse como “carga gravitacional”) aparentemente es continuo, solo tiene un signo y siempre es atractivo. Este es un misterio que vale la pena reflexionar. Tal vez hay una razón física subyacente …

No creo que se entienda la fuerza en general. La gravedad puede ser una fuerza directa, como la fuerza eléctrica que describe, puede ser causada por la fuerza que transporta partículas similares a los fotones pero atractivas, o puede ser causada por la geometría del espacio mismo. Entonces, mi respuesta es no, no creo que entendamos la fuerza eléctrica, o cualquier fuerza.