宇宙的守恒法则（瞬息万变的茫茫宇宙）

因为宇宙是无限的，所以我们不可能确切测量宇宙的总电荷。然而，物理定律，局部测量的推断和简单的推理似乎都告诉我们宇宙的总电荷正好为零。换句话说，宇宙中的正负电荷一样多。电荷守恒定律就是我们得出这个结论的理论依据。由于宇宙结构中的必然对称性，孤立系统的总电荷始终是守恒的。

这意味着孤立系统的总电荷在任何时间点都是相同的。电荷守恒定律是一项基本的，严格的通用定律。在成千上万到数百万个不同的实验中也从未发现违背它的案例。此外，电荷守恒定律是唯一能够合理解释我们周围世界的方式。简而言之，这项定律是合理的。

电荷守恒定律并不意味着不能产生或破坏电荷。它只表示每当负电荷产生时，等量的正电荷也同时产生，这样系统的总电荷就不会改变。例如，在众所周知的成对产生现象中，伽马射线（一种高能形式的光）转变为普通物质粒子和与之对应的反物质粒子。由于反物质粒子总是具有与其对应的普通物质相反的电荷，因此两个粒子的总电荷为零。因此，成对产生并不会改变系统的总电荷，它是符合电荷守恒定律的。

图解：一个正电荷与其电场线

举一个更具体的例子，伽马射线可以转换成电子和反电子（即正电子）。电子的电荷为-1，而正电子的电子电荷为 1。该系统由电子和正电子的产生而增加的总电荷为： 1 -1 = 0. 这其中的关键点在于，每当伽马射线产生电子时，由于电荷守恒定律，正电子也必将产生。因此，无论电荷产生或被破坏，系统的总电荷都可以一直保持恒定。我们可以在实验与宇宙线大气簇射的计量中普遍观测到成对产生现象。

图解：一个负电荷与其电场线

那么，电荷守恒与宇宙的总电荷有什么关系呢？根据现代科学，宇宙始于被科学家称之为“大爆炸”的“无中生出”。由于宇宙始于虚无，它的初始电荷即为零。因此，电荷守恒定律告诉我们宇宙的总电荷必须为零。

从观察的角度来看，这是有道理的。当电磁力与重力有相同距离，电磁力会比重力强得多。由于恒星和行星的总电荷为零，电磁力在天文领域并没有起到太大作用的。如果地球和太阳都有很大的正电荷，那么它们之间的电磁排斥力将远远强于它们之间的引力。

在这种情况下，地球会被抛出太阳系而不再围绕太阳运行。卫星围绕行星，行星围绕恒星，恒星围绕星系中心而形成稳定的轨道。这些事例是卫星，行星和恒星的总电荷均为零的直接观测证据。由于卫星，行星和恒星组成了宇宙，我们可以由此合理推断宇宙的总电荷为零。

在电磁学里，电荷是物质的一种物理性质。称带有电荷的物质为“带电物质”。两个带电物质之间会互相施加作用力于对方，也会感受到对方施加的作用力，所涉及的作用力遵守库仑定律。电荷分为两种，“正电荷”与“负电荷”。带有正电荷的物质称为“带正电”；带有负电荷的物质称为“带负电”。

图解：两个电荷之间互相施加于对方的作用力：同性相斥，异性相吸。

假若两个物质都带有正电或都带有负电，则称这两个物质“同电性”，否则称这两个物质“异电性”。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力；两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。

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2.天文学名词

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