¿Existen cargos puntuales?

En la mecánica clásica, todas las cargas se tratan como cargas puntuales, al menos a distancia. Las fuerzas se miden en términos de distancia entre dos puntos. A distancia cero, las fuerzas van al infinito. En cambio, debe adoptar un modelo más sofisticado, como distribuir la carga sobre el espacio o la mecánica cuántica.

En la relatividad general, una teoría no newtoniana pero no cuantificada, las masas pueden tratarse como cargas puntuales. Eso puede conducir a puntos de singularidad (lugares donde explotan las matemáticas), y las interpretaciones físicas de eso son desconcertantes.

En mecánica cuántica, no existe una carga puntual. Un punto implicaría la ubicación exacta, que está prohibida por el Principio de incertidumbre de Heisenberg.

Sin embargo, las partículas elementales son tan pequeñas que pueden llamarse “partículas puntuales” en el sentido de que no hay nada más pequeño. No tienen “adentro”. Todavía no son idénticos a los puntos cartesianos, porque la incertidumbre todavía se aplica, pero por falta de elementos internos siguen siendo conceptualmente similares a los puntos.

Podemos considerar que el electrón es una carga puntual. No tiene estructura interna conocida.

La mecánica cuántica complica un poco la situación, pero no cambia ese hecho esencial.

Contrariamente a lo que pueda pensar, no podemos simplemente tratar el electrón como una nube de carga dispersa y calcular el campo que generaría dicha nube. Necesitamos tratar el campo electromagnético de forma mecánica cuántica, lo que significa que el campo generado por el electrón tiene muchas configuraciones de campo posibles correspondientes a las posibles posiciones del electrón. Supongamos que medimos la intensidad del campo eléctrico en tres puntos. Estas mediciones determinan exactamente la posición del electrón, y cualquier otra medición del campo será consistente con que el electrón haya estado exactamente en ese punto en el espacio en ese momento.

Este es un ejemplo de entrelazamiento cuántico y no localidad, porque los resultados de algunas mediciones limitan los posibles resultados de otras mediciones en diferentes ubicaciones, incluso si esas mediciones son simultáneas. El electrón y los valores de campo en diferentes ubicaciones están todos entrelazados.

De todos modos, todas las mediciones son consistentes con la noción de un electrón de punto con posición desconocida.

Tenía que ser una suposición en los primeros días de la teoría atómica ya que nadie tenía idea sobre el núcleo del átomo. Para algunos propósitos de cálculo simples, el uso de un modelo de carga puntual fue lo suficientemente bueno. Muy poco usado hoy en día.