Esta pregunta se puede responder de muchas maneras y en muchos niveles diferentes de complejidad. En mi opinión, la mayoría de ellos no son muy satisfactorios, pero tal vez por eso soy físico.
La respuesta más simple es la siguiente: un protón tiene carga + 1e, lo opuesto a la carga de un electrón. Se cobra porque está formado por tres quarks, cuyos cargos suman +1.
Un electrón tiene carga -1e. ¿Por qué? Simplemente porque. Todavía tenemos que encontrar alguna evidencia de que un electrón esté compuesto de otra cosa. Es una partícula fundamental . Lo mismo ocurre con los quarks que forman el protón.
Las respuestas se vuelven menos simples a partir de aquí. Siéntase libre de dejar de leer cuando haya tenido suficiente.
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Debido a que siempre es insatisfactorio que te digan “solo porque”, podrías preguntar: “Bueno, ¿de qué se trata, de todos modos?”
Yo diría que la carga es dos cosas: primero, la carga es una cantidad conservada . Es decir, no importa cuando mires, la cantidad total en el universo es siempre la misma. (Creo que algunas personas que piensan en la vida útil del universo probablemente no estarán de acuerdo aquí, pero al menos esto es cierto para el universo en el que vivimos en este momento). Esto hace que sea bastante bueno usarlo para describir la materia. Los electrones y los protones siempre están apareciendo y desapareciendo, pero la carga permanece fija.
En segundo lugar, la carga es una de un par de propiedades que determina cómo interactúa la materia consigo misma. Hay cuatro formas en que la materia puede interactuar que conocemos. La fuerza electromagnética es una de ellas. La carga es una medida de cuán fuertemente interactúa un poco de materia con otra materia a través de la fuerza electromagnética. Cuanta más carga tiene una partícula, más fuerte es atraída o repelida por otra partícula cargada.
¿Y qué? Bueno, lo realmente extraño es que al universo parece gustarle producir materia en bits discretos, contables y cuantificados . Es decir, el universo producirá trozos de materia (partículas) que tienen carga -1e y + 2 / 3e, pero nunca 3.6782e ni nada por el estilo. Decimos que la carga está cuantizada . El universo comienza a expulsar todas estas partículas con la misma carga y la misma masa, ¡así que las nombramos! Este tiene carga -1e, así que lo llamamos ‘electrón’.
A lo que me refiero es a que creo que la pregunta no es tanto por qué el electrón tiene la carga que tiene (¡eso depende de tu elección de unidades de todos modos!) Sino por qué todas las partículas que produce el universo siempre tienen el mismo pequeño conjunto de cargos? ¿Por qué se cuantifica la carga? Desafortunadamente, los físicos no tienen una respuesta a esta pregunta. Hay algunas buenas ideas, pero nada concluyente todavía.