曹则贤｜电磁学/电动力学：现象、技术与思想（上）｜中国科学院2023跨年科学演讲(33)

现在关于电或者是电荷有一个说法叫异性相吸，我们肯定会觉得异性相吸，而且是距离越近，吸引力越大。如果有两个电荷一正一负，它不停地吸引的时候，肯定是往一起使劲凑。所以如果两个电荷一正一负，那就会往一起使劲凑。是这样子吗？你会发现好像不是。比方氢原子就是简单的中间一个正电荷，外面有一个负电荷。你会发现正电荷和负电荷不会一起往里凑，到一个大概平均，所谓的什么平均距离是0.529埃的时候，它会形成了一个稳定的结构，并且能量从上表现出量子化，最低的地方允许靠近的能级是负的13.6电子伏特，不能再近了，并且这个电子，能够接近这个质子的平均距离竟然是量子化的。所以电荷从不同的台阶下来的时候，发的光是这样的一些光谱线，这个东西将来会启发我们得出量子力学。
反过来，相反的两个电荷吸引都不能接近得很近，相同的两个电荷互相排斥，他们怎么可以接得很近？结果发现不是。在原子核里面两个正电荷，比这氢原子里的一个正电荷、负电荷挨得更近，差多少？距离能差5个数量级，也就是按说应该互相排斥的正电荷，竟然挨得更近，奇怪吗？所以你就会觉得这个奇怪从哪来？将来你就必须为它找理由，将来你就会注意到它们之间的距离有别的作用性质，就是所谓的强相互作用。懂得这个道理的朋友们将来你就明白了，尤其是年轻的姑娘们一定要记住，你们夫妻之间的距离是要大于你老公和哥们之间的距离的。看见没有，差5个数量级。

如果我有一堆电荷，也有正的，也有负的，我就计算它们的静电势，这里面该没有幺蛾子了吧？如果你要是这么认为，那你太年轻了，这里面幺蛾子多了。什么意思？我们现在说有一团电荷，它们之间相互作用，势能是这个样子的。这里面而且是有限多的电荷，或者无限多电荷，它到底能出什么幺蛾子？我们先记住。首先这个世界上如果有一团电荷，一般情况下里面的正电荷和负电荷数目是相等的，也就是电中性是天意。电中性不仅表现在基本电荷上，正电荷、负电荷相等，还会表现在像星球、星际银河系这样那么大的全局上面，它的电荷是中性的。在微观局部尺度上，像在固体里面，比如盐里面，一个钠离子旁边的环境和一个氯离子旁边的环境，一定是正负交错。正负是这样的，紧挨着，也就是到埃的尺度上，它也是电中性的。