Про природу електричного заряду

Дослідження будь-якого явища природи можна розділити на два етапи. На першому етапі експериментально досліджуються особливості явища, встановлюються залежності між фізичними величинами. Прикладом може бути закон Кулона чи закон Ома. На наступному етапі досліджується природа явища, його внутрішні механізми та зв’язки з іншими явищами. Якщо коротко, то на першому етапі шукають відповідь на питання " як?", тоді як на наступному – на питання " чому?". Стосовно електричного заряду відповіді на першу чергу питань коротко викладено вище, а от на другу чергу питань сучасна фізика поки що не може дати вичерпної відповіді.

Залишається невідомою причина існування двох типів електричного заряду. Можна думати, що ця властивість відображає якусь ще не зрозумілу дзеркальну симетрію природи. Також не з'ясована причина існування елементарного заряду. Квантова електродинаміка дозволяє досить глибоко зазирнути в його таємницю, проте теж не вирішує повністю проблеми. За концепцією фізичного вакууму заряджена елементарна частинка, наприклад, електрон збуджує його, внаслідок чого поблизу від електрона народжуються з вакууму та зникають у ньому віртуальні фотони. З наближенням до центра електрона енергія поля зростає (U ~ 1 r) і виникає можливість для народження частинок, які

мають масу спокою, перш за все електронно-позитронних пар як найлегших. Енергія, необхідна для

цього,

U = 2 mc 2, де

m - маса частинки. Під дією електричного поля віртуальні позитрони за час

свого існування встигають зміститися ближче до центру електрона, тоді як віртуальні електрони, навпаки, віддаляться від нього. Тобто спостерігається відоме в теорії діелектриків явище поляризації тут поляризації електронно-позитронного вакууму. Наслідком поляризації, як відомо, є послаблення електричного поля. Отже, те, що ми називаємо елементарним зарядом, є результат екранування поля істинного або, як кажуть, " голого " заряду електрона полем поляризованого електрон-позитронного

вакууму. Результуючий заряд qe = − e називають фізичним електроном.

Результати теоретичних розрахунків величини голого заряду розчаровують, оскільки він

отримується безмежно великим, тобто таким, що не має фізичного змісту. Причина цієї невідповідності полягає в тому, що в електрона відсутній чітко виражений керн (ядро), характерний, наприклад, для нуклонів, тому енергія взаємодії його з вакуумними частинками може досягати як

завгодно великого значення (U = e 2

r → ∞

при

r → 0). Існування безмежних величин, звичайно, є

суттєвим недоліком теорії, однак, незважаючи на це, квантова електродинаміка є дуже точною галуззю фізики. Причина цього очевидна, адже електрон поза вакуумом не існує. Тому, склавши ці два безмежно великі заряди – вакуумний поляризаційний та голий, отримуємо скінченну величину

заряду – фізичний електрон qe = −1, 6×10−19Кл.