題主你好。電荷和自旋無關。舉幾個反例就能說明:中微子有自旋,但無電荷;π+介子自旋為0,但有一個單位的正電荷。沒有自旋但是攜帶電荷的,這種粒子多得很;反過來有自旋但是沒有電荷的粒子也多得很。電荷和自旋是不同的物理機制所導致的,它們之間可以說沒有任何關係。電荷來自於阿貝爾規範場——電磁場——的U(1)對稱性(具體地說,是整體U(1)對稱性破缺),而自旋和時空對稱性有關。這兩種對稱性分別來自於不同的空間(前者纖維空間,後者是四維時空),因此沒有關係。
下面,我簡單解釋一下電荷的來源。考慮自由電磁場(也就是沒有電荷、電流的電磁場),那麼U(1)規範性嚴格存在。但是如果存在與電磁場相互作用的某種守恆流,那麼整體U(1)規範性就不成立。這句話也可以反過來理解:由於U(1)對稱性的整體破缺,導致了某種守恆流的出現。這種守恆流與電磁場的相互作用耦合常數就是守恆流的電荷。該守恆流可以是標量場流,也可以是旋量場流。我們就會問,是什麼原因導致了電磁場整體U(1)對稱性的破缺呢?目前來說,只有唯象理論,缺少相應的動力學理論。這一點和粒子物理標準模型裡面的對稱性自發破缺導致規範玻色子帶有質量是很相似的。我們目前也是隻能唯象地理解質量起源,但是對其動力學原因還不清楚。
關於自旋,這個來自於時空對稱性。我們知道狹義相對論具有洛倫茲協變性,凡是在洛倫茲變換下不變改變形式的量,叫做標量;凡是在洛倫茲變換下變換方式和時空座標的變換方式一致的,叫做向量,而與對偶座標(可以理解為動量)變換一致的就叫做對偶向量。對於經典狹義相對論,這些定義就足夠了,我們可以藉助線性擴張獲得協變張量、逆變張量等定義。但是到了量子理論,還需要再定義一個量:旋量。旋量在洛倫茲變換下不按照上述規則變換,故經典狹義相對論裡是沒有旋量的。而量子化的狹義相對論裡是有旋量的。旋量的定義我在這裡就不提了,它可以追溯到尤拉時代。而關於旋量的對稱理論卻在比較晚的時期發展起來。這裡面涉及到自旋群、克利福德代數等。
小結一下,電荷和自旋分屬於兩種不同的物理理論,它們沒有必然關係。
電荷是本來就有的。
正電荷與負電荷會中和,不顯電性。
物體在離子態,正電荷與負電荷會分離,顯電性。
題主你好。電荷和自旋無關。舉幾個反例就能說明:中微子有自旋,但無電荷;π+介子自旋為0,但有一個單位的正電荷。沒有自旋但是攜帶電荷的,這種粒子多得很;反過來有自旋但是沒有電荷的粒子也多得很。電荷和自旋是不同的物理機制所導致的,它們之間可以說沒有任何關係。電荷來自於阿貝爾規範場——電磁場——的U(1)對稱性(具體地說,是整體U(1)對稱性破缺),而自旋和時空對稱性有關。這兩種對稱性分別來自於不同的空間(前者纖維空間,後者是四維時空),因此沒有關係。
下面,我簡單解釋一下電荷的來源。考慮自由電磁場(也就是沒有電荷、電流的電磁場),那麼U(1)規範性嚴格存在。但是如果存在與電磁場相互作用的某種守恆流,那麼整體U(1)規範性就不成立。這句話也可以反過來理解:由於U(1)對稱性的整體破缺,導致了某種守恆流的出現。這種守恆流與電磁場的相互作用耦合常數就是守恆流的電荷。該守恆流可以是標量場流,也可以是旋量場流。我們就會問,是什麼原因導致了電磁場整體U(1)對稱性的破缺呢?目前來說,只有唯象理論,缺少相應的動力學理論。這一點和粒子物理標準模型裡面的對稱性自發破缺導致規範玻色子帶有質量是很相似的。我們目前也是隻能唯象地理解質量起源,但是對其動力學原因還不清楚。
關於自旋,這個來自於時空對稱性。我們知道狹義相對論具有洛倫茲協變性,凡是在洛倫茲變換下不變改變形式的量,叫做標量;凡是在洛倫茲變換下變換方式和時空座標的變換方式一致的,叫做向量,而與對偶座標(可以理解為動量)變換一致的就叫做對偶向量。對於經典狹義相對論,這些定義就足夠了,我們可以藉助線性擴張獲得協變張量、逆變張量等定義。但是到了量子理論,還需要再定義一個量:旋量。旋量在洛倫茲變換下不按照上述規則變換,故經典狹義相對論裡是沒有旋量的。而量子化的狹義相對論裡是有旋量的。旋量的定義我在這裡就不提了,它可以追溯到尤拉時代。而關於旋量的對稱理論卻在比較晚的時期發展起來。這裡面涉及到自旋群、克利福德代數等。
小結一下,電荷和自旋分屬於兩種不同的物理理論,它們沒有必然關係。