ประจุไฟฟ้าโดยรวมของเอกภพคืออะไร?

เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดประจุไฟฟ้าโดยรวมของเอกภพอย่างแน่ชัด เนื่องจากเอกภพนั้นไม่มีที่สิ้นสุด. อย่างไรก็ตาม, กฎของฟิสิกส์, การคาดคะเนของการวัดในท้องถิ่น, และการให้เหตุผลง่ายๆ ดูเหมือนจะบอกเราว่าประจุไฟฟ้าโดยรวมของจักรวาลนั้นเป็นศูนย์อย่างแน่นอน. กล่าวอีกนัยหนึ่ง, มีประจุไฟฟ้าบวกในจักรวาลมากพอๆ กับประจุไฟฟ้าลบ. เหตุผลทางทฤษฎีในการสรุปนี้คือกฎการอนุรักษ์ประจุ. เนื่องจากมีความสมมาตรบางประการในโครงสร้างของจักรวาล, ประจุไฟฟ้าทั้งหมดของระบบแยกจะถูกสงวนไว้เสมอ. ซึ่งหมายความว่าประจุรวมของระบบแยกจะเท่ากันในทุกจุดของเวลา. กฎการอนุรักษ์ประจุเป็นพื้นฐาน, เข้มงวด, กฎหมายสากล. ในการทดลองที่แตกต่างกันหลายพันถึงล้านครั้ง, กฎหมายนี้ไม่เคยถูกมองว่าถูกละเมิด, ไม่ได้แม้แต่ครั้งเดียว. นอกจากนี้, กฎนี้เป็นวิธีเดียวที่สมเหตุสมผลในการอธิบายโลกรอบตัวเรา. ในระยะสั้น, กฎหมายฉบับนี้ก็สมเหตุสมผล.

กฎการอนุรักษ์ประจุไม่ได้หมายความว่าประจุไฟฟ้าไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้. มันหมายถึงทุกครั้งที่มีประจุไฟฟ้าลบเกิดขึ้น, จะต้องสร้างประจุไฟฟ้าบวกจำนวนเท่ากันในเวลาเดียวกัน เพื่อไม่ให้ประจุรวมของระบบเปลี่ยนแปลง. ตัวอย่างเช่น, ในปรากฏการณ์การผลิตคู่ที่เข้าใจกันดี, รังสีแกมมา (แสงรูปแบบพลังงานสูง) เปลี่ยนสภาพเป็นอนุภาคสสารปกติและอนุภาคปฏิสสารที่เป็นคู่ของอนุภาคสสารปกติ. เนื่องจากอนุภาคปฏิสสารจะมีประจุไฟฟ้าตรงกันข้ามกับอนุภาคปกติเสมอ, ประจุรวมของอนุภาคทั้งสองเป็นศูนย์. ดังนั้น, การผลิตคู่ไม่เปลี่ยนแปลงประจุไฟฟ้าทั้งหมดของระบบ และด้วยเหตุนี้จึงได้รับอนุญาตตามกฎหมายอนุรักษ์ประจุ. เป็นตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นของเรื่องนี้, รังสีแกมมาสามารถเปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอนและแอนตี้อิเล็กตรอนได้ (เช่น. โพซิตรอน). อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ -1 และโพซิตรอนก็มีประจุอิเล็กตรอนอยู่ด้วย +1. ประจุทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในระบบโดยการสร้างอิเล็กตรอนและโพซิตรอนคือ: +1-1 = 0. ประเด็นก็คือว่ากฎการอนุรักษ์ประจุบังคับให้เราความจริงที่ว่าทุกครั้งที่สร้างอิเล็กตรอนจากรังสีแกมมา, จะต้องสร้างโพซิตรอนด้วย. ทางนี้, ประจุไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นและทำลายได้ในขณะที่ประจุรวมของระบบสามารถคงที่ได้. การผลิตคู่จะถูกสังเกตเป็นประจำในห้องปฏิบัติการและในการวัดปริมาณอากาศกระจายรังสีคอสมิกในชั้นบรรยากาศ.

การอนุรักษ์ประจุเกี่ยวข้องกับประจุโดยรวมของจักรวาลอย่างไร? ตามหลักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่, จักรวาลเริ่มต้นด้วยการระเบิดจากความว่างเปล่าในสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าบิกแบง. ตั้งแต่จักรวาลเริ่มไม่มีอะไรเลย, มันเริ่มต้นด้วยประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์. ดังนั้น, กฎการอนุรักษ์ประจุบอกเราว่าจักรวาลจะต้องมีประจุไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์.

สิ่งนี้สมเหตุสมผลจากมุมมองเชิงสังเกต. แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีพิสัยที่ยาวเท่ากับแรงโน้มถ่วงและแรงกว่าแรงโน้มถ่วงมาก. เหตุผลที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้มีบทบาทมากนักในระดับดาราศาสตร์ก็เพราะว่าดวงดาวและดาวเคราะห์มีประจุไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์. ถ้าโลกและดวงอาทิตย์มีประจุไฟฟ้าบวกมากทั้งคู่, ดังนั้นแรงผลักทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างพวกมันจะแข็งแกร่งกว่าแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างพวกมันมาก. ในกรณีเช่นนี้, โลกจะไม่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่จะถูกโยนออกจากระบบสุริยะ. ความจริงที่ว่าดวงจันทร์ก่อให้เกิดวงโคจรที่มั่นคงรอบดาวเคราะห์, ดาวเคราะห์ก่อตัวเป็นวงโคจรที่มั่นคงรอบดาวฤกษ์, และดาวฤกษ์ก่อตัววงโคจรที่มั่นคงรอบใจกลางกาแลคซีถือเป็นหลักฐานเชิงสังเกตการณ์โดยตรงที่แสดงว่าดวงจันทร์, ดาวเคราะห์, และดวงดาวต่างก็มีประจุไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์. ตั้งแต่ดวงจันทร์, ดาวเคราะห์, และดวงดาวคือสิ่งที่ประกอบกันเป็นจักรวาล, มันเป็นเพียงเหตุผลที่จะอนุมานได้ว่าจักรวาลจึงมีประจุไฟฟ้ารวมเป็นศูนย์.

เครดิต:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2016/01/11/what-is-the-overall-electric-charge-of-the-universe/