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同性也能相吸!

当两个带正电球体靠得足够近的时候,他们将开始相互吸引而不是相互排斥。

使两个金属球带同种电,将它们并拢时会发生什么?它们会相互排斥,因为同种电荷相互排斥,对吗?根据新西兰惠灵顿维多利亚大学的物理学家约翰.莱科内尔(John Lekner)所说,同种电荷很有可能会相互吸引,这看似违反了物理常识。该 研究 结果5月23日发表在了《皇家学会学报A》(Proceedings of the Royal Society A)杂志上。

许多专家都感到十分惊讶,美国弗吉尼亚理工学院的化学工程师威廉.达克(William Ducker)是测量微小粒子之间受力的专家,他说“我以前从没这样想过,但看过那篇论文后我认为它还是有一定意义的,”

另一个该领域的专家、美国纽约大学的戴维.格里尔(David Grier)承认起初它看起来似乎是一种“无稽之谈”,这个问题困扰了他和他的同事很久,直到他们对其进行了仔细思考。

电荷分布

莱科内尔看似奇异的推论的关键是,他所用的球体是导电的,这表示球体表面的电荷可以不均匀地重新分配。一个球体上的正电荷能导致另一个球体上的正电荷后退堆积到比较远的地方,并在后面留下一小片负电荷(称为像电荷),之后将相互吸引。问题是,这些电荷变化是怎么影响两个球体的静电能的呢?该能量在两个球体相互靠近时是怎样改变的呢?

答案并不是很明显,唯一的途径就是通过数学来解答。莱科内尔这样做了,并发现当两球相互靠近时吸引力几乎总是胜出。当它们离得足够远时,两个球体或多或少会表现得和均匀带电体一样。但是当它们靠近,球体都会被极化,一个球体会吸引另一个球体上的像电荷另一方面又排斥同种电荷,在足够近的范围内,由此产生的吸引力获胜。

大小问题

不过事情并非总是如此,有一个例外,如果两个球体大小相同又带有等量同种电荷,我们就不清楚哪一个球体会被另一个极化。莱科内尔的计算认为实际上哪一方都不会胜出,球体将会一直相互排斥。更普遍地说,在任何尺寸的球体之间如果它们接触并带有等量同种电荷之后都会相互排斥,大小相同、电量相同的球体则是这种情况的特例。

一旦你想想看就知道这并没有多么奇怪,达克和格里尔赞同说。其实,还有从中还可以引发一个类似的推断:在盐溶液中,两个带有同种电荷的表面或微粒能在短距离间相互吸引,因为它们吸引了相反电性的离子,称为双电层。

历史证据

莱科内尔说:“在物理飞速发展的今天这个问题已经很古老了。”他指出,1836年,发明了船用避雷针的英国科学家威廉.斯诺.哈里斯(William Snow Harris)在测量两个带电磁盘之间的静电力时,某些情况下“斥力彻底消失了,并被吸引力所取代。”

莱科内尔认为,运用现代技术,用实验检验他的理论应该是相当简单的。但也有一些障碍,格里尔指出,用普通金属实验时吸引力将会被削弱,因为电阻会阻碍电荷的重新分配,用超导体进行试验效果应该更好。

达克认为,它可能在小比例上更容易发生。因为球体的表面必须足够光滑以致能在相互接触之前感受到吸引力。此外,必须能控制每个球体上的电荷量,并抑制它们之间不受控的电荷转移。达克也考虑要试一试进行相关研究,他表示“已经考虑好相关的实验细节了。”

本文编译自:NATURE | NEWS, Like attracts like?
图片:VIACHESLAV RASHEVSKYI, SHUTTERSTOCK
The End

发布于2012-05-25, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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