¿Por qué los cargos similares se repelen y los cargos opuestos se atraen?

Esta pregunta tiene orígenes muy profundas, hasta nuestra comprensión básica de la naturaleza de la materia.

La mejor manera de entender la respuesta de esta pregunta es intuitiva para recordar lo que es una carga. Ahora, ¿qué es un cargo?

Nuestra comprensión moderna de esta pregunta es que una Carga es una propiedad intrínseca de la materia, debido a que interactúa con el campo electromagnético.

Cuando el concepto de carga se realizó (alrededor de 1800 s), gente se dio cuenta de que había algo de propiedad única de la materia, debido a lo cual comenzó a atraer / repeler otros objetos, cuando se frota con ciertos objetos. Más tarde, esto se estudió en detalle, y luego, a medida que la física se desarrolló aún más, se formuló la Mecánica Cuántica, tenemos una noción bastante confiable de cuál sería “la” razón (probablemente) de por qué las fuerzas actúan como lo hacen. (* La mayoría probablemente porque no se sabe a ciencia cierta. No podemos sondear a tales distancias minuto para ver por nosotros mismos.)

Nuestra comprensión actual de por qué actúan las fuerzas, como deberían, está influenciada por la teoría del campo de intercambio que fue postulada por Yukawa en la década de 1960. Yukawa explicó que cada fuerza se propaga (fundamentales) debido al intercambio de ciertas partículas, entre los dos cuerpos. Estas ciertas partículas se llaman portadores de fuerza de esa fuerza fundamental particular.

Esta interacción entre dos cuerpos, a través de los portadores de fuerza pueden ser de dos tipos: “atrapar y tirar” o “agarrar y mantener”. Intuitivamente, puedes entenderlos con el ejemplo de dos niños (como los cuerpos) y una pelota de baloncesto (como el portador de la fuerza).

En una situación de atrapar y lanzar, un niño lanza la pelota hacia el segundo, mientras que el segundo la atrapa y la devuelve de nuevo simultáneamente. En esta analogía, es posible que se dé cuenta de que cuando la pelota es lanzada por el primer niño al segundo, él mismo recibirá un tirón hacia atrás, debido a la conservación del impulso, mientras que el segundo niño, que atrapa la pelota, también recibe un tirón, pero en la dirección opuesta.

A medida que este proceso continúa, los niños se encontrarán separados. La partícula portadora ayuda en el intercambio de momento entre los dos cuerpos, y en este caso, en realidad se las separa. Si la partícula portadora (la bola) no es visible para otro observador (virtual), entonces podría inferir que los dos cuerpos (niños) se repelen entre sí.

Por el contrario, en un caso de agarre y retención, los dos niños están sosteniendo sobre la bola única. Ambos requieren esta pelota, por lo que ninguno de los dos deja ir su extremo. Así que aquí, a pesar de que los niños están tratando de separarse, la “bola” es mantener con eficacia los unía.

Es esencial visualizar las analogías, especialmente la primera (atrapar y lanzar) en un espacio sin fricción, para obtener la esencia de la idea detrás de ella.

Volviendo a nuestro tema principal de las cargas de fuerza electromagnética.

Para la fuerza electromagnética, la partícula portadora es un fotón (virtual). Siempre que dos cargas iguales se colocan cerca uno del otro, empiezan a intercambiar un fotón virtual entre sí, que transfiere el impulso entre ellos, y por lo tanto parecen repelerse entre sí. Del mismo modo, cuando dos cargos se mantienen a diferencia de los alrededores, que intercambian otro fotón virtual, pero esta vez la transferencia de momento se lleva a cabo de tal manera que parecen venir más cerca, o se atraen entre sí.

Apéndice

• Cabe señalar que el concepto de agarre y retención fue el que Yukawa sugirió inicialmente, para explicar la unión de los nucleones en un núcleo atómico. Explicó que con el ejemplo de mesones pi como los transportistas, para la unión de los nucleones.
• Sin embargo hay que señalar que esta teoría, aunque era cierto, pero estaba incompleto. De acuerdo con el modelo estándar moderna, los nucleones están obligados, no debido al intercambio de mesones, pero debido al intercambio de gluones, entre los quarks, que componen los protones y los electrones.

¿Recuerdas la definición de amperio? Dos cables paralelos, eléctricamente neutros, que transportan corrientes eléctricas en la misma dirección (independientemente del signo de sus portadores de carga) se atraen entre sí. Ahora cambiar el signo de las cargas eléctricas en un solo cable, por lo que la corriente relacionada formado por las cargas en movimiento iba a cambiar su dirección. La fuerza entre los cables se vuelve repelente, lo que nos muestra que invertir el signo de una carga cambia virtualmente su dirección espacial (o tiempo, por cierto). Entonces, el signo de una carga eléctrica está relacionado con las direcciones en el espacio .

¿Por qué iban a atraer o repeler al final? Las cargas opuestas tienen opuesta “sentido” de las instrucciones (orientaciones) en el espacio.

Bueno, el ejemplo tiene un “defecto”: las corrientes en los cables tienen la misma dirección, como los electrones que se mueven y uno esperaría que se repelen. Es cierto, pero su fuerza electrostática es neutralizado por núcleos cargados positivamente en sus posiciones estáticas, la fuerza electrostática neta a lo largo de dos hilos es cero. El relativista “corrección” da el campo magnético que es responsable de la asimétrica atracción / repulsión desde el primer párrafo. No es relevante para su pregunta, pero puede echar un vistazo a Magnetismo, Radiación y Relatividad o similar para obtener más información, por ejemplo. Además, también podría ser instructivo ver cómo el campo electromagnético generado por una carga oscilante se comporta exactamente igual que el campo generado por otra carga opuesta que oscila en una dirección diferente (es decir, la fase cambiada para [matemática] 180 ^ \ circ [/ matemáticas]).

Cuál es la diferencia dirigido se muestra en este ejemplo en comparación a la atracción / repulsión de dos cargas estáticas entre sí, se trata sólo de matemáticas, únicos signos? Básicamente sí, pero es más evidente que invertir una carga también invierte las dimensiones espaciales, por lo que puede contemplarlo de esta manera alternativa. ¿Aceptaría que tienen cargas opuestas opuestas “orientaciones” en el espacio en el caso de cargas estáticas? Antes de este ejemplo, probablemente no.

Esencialmente, no sabemos cuál es el cargo. En parte, es matemáticamente explicado por el teorema de Noether en el ámbito de la descripción contemporánea del espacio-tiempo como su simetría, aquí presentada de una manera (más) simplificado. No deja de ser poco intuitivo que las cargas de signo opuesto se mueve en la misma dirección opuesta están “orientados”, pero recuerda que el espacio (tiempo) no es un medio sólido o un fondo físico. Y sí, no sabemos lo que el espacio-tiempo es distinto de una representación matemática de coordenadas.