¿Cómo sabe el protón que hay algún electrón cerca y que debería ser atraído?

Es demasiado antropomórfico y moral, como imaginas que funcionan las fuerzas.

El protón no “sabe” que “debería” ser atraído porque hay un electrón cerca.

No sabe que hay un electrón cerca.

El electrón lleva consigo un campo, debido a su carga y el campo no es cero donde está el protón. La interacción es local, el protón interactúa con el campo que proviene de la carga, de cada carga en el mundo cuyo campo llega a ese punto donde está el protón.

Todo lo que el protón “sabe” es el campo allí mismo.

Los cambios en el campo son transportados por fotones, por ondas que se mueven en el campo cuando todas las cargas se mueven. Los fotones no tienen un número bien definido, así que no me pregunten: bueno, ¿cuántos de estos fotones hay? Es más complicado de lo que estoy diciendo, pero para comenzar a aprender los detalles, puede comenzar leyendo el libro de Feynman “QED: The Strange Theory of Light and Matter”.

Eso es todo lo que importa sobre cómo se mueve el protón, el campo donde está: así es como funciona la fuerza electromagnética.

La fuerza electromagnética está mediada por un bosón de calibre, en este caso fotones, que crea un campo alrededor de la partícula cargada en cuestión. El protón no conoce el electrón pero sí sabe de su campo. Para ver esta mirada en el QED Lagrangiano, [matemáticas] i \ overline {\ psi} \ gamma ^ {\ mu} (\ partial _ {\ mu} + ie ^ {-} A _ {\ mu}) \ psi – \ frac {1} {4} F ^ {\ mu \ nu} F _ {\ mu \ nu} [/ math]. Esta ecuación puede parecer desalentadora, pero por ahora solo nos importa el término aquí [matemática] \ overline {\ psi} es decir, ^ {-} A _ {\ mu} \ psi [/ matemática] este término describe una interacción entre el campo A y los campos [matemáticas] \ overline {\ psi} \ psi [/ matemáticas] esta interacción debe tener lugar en un solo punto para preservar la invariancia de Lorentz: esta es una interacción de puntos porque la información no puede viajar más rápido que la luz. En el caso de un protón y un electrón, encontrará que el electrón (o protón) emitiría una partícula A o fotón que se propagaría al protón (o electrón). El protón (o electrón) entonces absorbería el fotón. La emisión del fotón cambiaría el momento del electrón (o protón) y la absorción cambiaría el momento del protón (o electrón). Así es como se lleva a cabo la interacción. El protón nunca ve el electrón, solo el fotón emitido por el electrón.

No necesita saberlo. Las partículas interactúan con el campo electromagnético, y es el campo el que “transporta la información”. En física clásica, la interacción entre una partícula y un campo es local, la partícula cargada siente el campo en el punto exacto en el que se encuentra y crea un campo que otras partículas pueden sentir. La teoría cuántica de campos complica un poco la imagen, porque las partículas en sí mismas son cuantos de otro campo, por lo que solo hay campos que interactúan entre sí. Pero es la misma idea, una partícula cargada modifica el campo a su alrededor, de acuerdo con las ecuaciones de campo, y otras partículas cargadas sienten eso.

Los protones y los electrones son partículas cargadas. Se creará un campo alrededor de una partícula cargada y cualquier partícula que tenga carga se introducirá en ese campo y creará su propio campo. Estos dos campos interactúan y generan una fuerza de atracción o repulsión entre esas dos partículas en función de a su cargo.

Existe un concepto conocido como campo eléctrico.