Warum ist ein Elektron negativ geladen und was ist der Unterschied zwischen negativer und positiver Ladung?

In der Quantentheorie der Elementarteilchen (im Sinne irreduzibler Darstellung der Poincaré-Gruppe mit Masse$m$und Spin (Helizität)$s$) wenn ein Operator$\hat{Q}$der internen Symmetrie pendelt (wie elektrische Ladung Ladung) mit Hamiltonian$\hat{H}$der gegebenen Feldtheorie muss es geben

Sie können also zwei Tatsachen sehen: Das Teilchen hat eine Ladung, die gleich der Ladung des entsprechenden Antiteilchens mit Minuszeichen ist; die Einstellung des Vorzeichens der Teilchenladung ist formal. Wir können die Positronenladung negativ einstellen, die Physik ändert sich nicht.

Ladung ist nur das Maß der Wechselwirkung. Sehen wir uns das an einem einfachen Beispiel an.

Wir wissen, dass es eine Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen gibt, die nicht als gravitativ beschrieben werden kann (sie werden abgestoßen). Wir wissen auch, dass Proton und Elektron angezogen werden (diese Wechselwirkung kann auch nicht als gravitativ bezeichnet werden, weil sie stärker ist als sie). Dann wissen wir, dass diese Wechselwirkungskraft im einfachsten Fall mit zusammenfällt$\frac{1}{r^{2}}$Gesetz, und das Maß der Interaktion ist zeitlich konstant. Wir müssen die Theorie mit diesen Eigenschaften aufbauen. Die Ladung eines gegebenen Teilchens, wie (der Einfachheit halber) die Masse im Falle einer gravitativen Wechselwirkung, sagt uns über seine Teilnahme an der Wechselwirkung aus.

Wenn wir alle positiven elektrischen Ladungen als negativ umbenennen und umgekehrt, während wir ihren absoluten Wert beibehalten, wäre die resultierende Physik die gleiche. Die genaue Wahl ist also nur eine Frage der Konvention.

Es kommt nur darauf an, dass die elektrische Ladung von Proton und Elektron entgegengesetzt ist ($Q_\text{proton}=-Q_\text{electron}$). Die Gebühr ist additiv, dh wenn Sie ein System mit Gebühr haben$Q_1$und ein anderes System mit Gebühr$Q_2$, das kombinierte System hat die Ladung$Q_1+Q_2$(Summe dieser Gebühren).

Die Ladung des Elektrons ist der des Protons entgegengesetzt, daher hat die Kombination einer gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen eine Gesamtladung von Null, dh sie ist elektrisch neutral. Eine solche Kombination (bis auf zusätzliche andere Teilchen (Neutronen)) ist das gewöhnliche (nicht ionisierte) Atom.

Das Konzept der elektrischen Ladung wird eingeführt, um Experimente zu erklären (ursprünglich aus statischer Elektrizität). Es hat sich herausgestellt, dass nur zwei Arten von Ladungen notwendig sind, und um sie zu unterscheiden, und um zwischen ihnen zu unterscheiden, werden Labels gegeben. Das bequemste Etikett ist positiv und negativ (das hat einige mathematische Vorteile). Es ist reine Konvention, dass Protonen eine positive Ladung und Elektronen eine negative Ladung zugewiesen wird.

Es zeigt sich, dass sich alle Ladungen gleichen Typs abstoßen, während sich Ladungen unterschiedlichen Typs anziehen.

Alle Teilchen scheinen unter zwei verschiedenen Polaritäten gruppiert zu sein, basierend auf der Art der Anziehung oder Abstoßung. Diese sich abstoßenden Teilchen sollen gleiche Ladungen haben. Diejenigen, die sich anziehen, haben unterschiedliche Ladungen. Eine positive oder negative Ladung zu sein, ist eine Frage der Konvention, die bereits von der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft akzeptiert wird.

Eine Ladung ist eine Eigenschaft, die ein Körper besitzt, wenn aufgrund von Anziehung oder Abstoßung ein internes Ungleichgewicht der Anzahl von Teilchen besteht, die unterschiedliche Polaritäten tragen.