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相反吸引？在物理学基本规则中发现漏洞的新实验中不是

(2024-03-14 11:38:25)

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相反吸引？在物理学基本规则中发现漏洞的新实验中不是

By Ben Turner

published about 11 hours ago

因为新发现的“电溶力”，相同电荷的物体被发现聚集在一起而相反电荷的物体被排斥

艺术家的粒子一起聚块的描画。(Image credit: Shutterstock)

科学家们已经在一个明显的与物理学的一个基本原理矛盾中观察到同类电荷彼此在长距离上相互吸引。

由法国物理学家查尔斯·奥古斯丁·德·库伦在18世纪首次陈述的“同性电荷相互排斥异性电荷互相吸引”已经变成一个熟悉的习语------甚至著名的被保拉·阿卜杜勒重新表述。

现在，3月1日发表在《自然纳米技术》杂志上的一项新研究已经复杂了这一图片。一组研究人员发现了在某些液体中，相反的是真实的：同性电荷吸引。

研究人员在论文中写道，“因为真空中的同性电荷物体被预计无论它们携带的电荷符号是正还是负要排斥的，期望是在溶液中的同性电荷粒子也一定单调的排斥”。

为验证这一假设，研究人员将带电的二氧化硅微粒（尺寸仅为0.0002英寸或5微米宽------一根人头发宽度的一个分数）放入水中或两种酒精中的一种。通过用一个显微镜跟踪电荷，研究小组确定了在水内带正电的粒子按照库仑定律彼此推开它们自己。

但负电荷粒子一起不一样的表现：它们聚块成微小的六边形结构。当水被弄得温和酸性时这种效应发生------在一个5到6.5之间的pH窗口或者大约和咖啡或牛奶一样酸性------并在这个范围之外消失。

当正电荷粒子被放置在乙醇或异丙醇内时有相反的效果：正电荷被彼此吸引，负电荷被排斥。

为了解释这种奇怪的行为，研究人员转向了一种他们已经开发的建模水为分子而不是一种连续介质的理论。

主要作者、牛津大学物理化学教授克里希南（Madhavi Krishnan）告诉《生活科学》杂志，“我们的[标准]方程是连续体方程------它们不尊重连续体的颗粒性质，它对大多数情况完美的工作，除非当它不时” 。

通过将水分子建模为微小的电磁偶极子------在氧原子上有一个轻微的负电荷和围绕氢原子一个正电荷------研究人员发现了一个源自负氧和负二氧化硅颗粒之间相互作用的“电溶力”。

这种力在一个质子已经“蹦”到二氧化硅颗粒上来降低它们的总负电荷后降低了系统中的总能量，并且当溶液中的质子能够切换它们的位置时在一个分明的pH范围内它发生。