Mi indokolja, hogy a proton és az elektron egyforma töltésű (nagyságilag)?

"Az elektronnak nincs finomabb szerkezete, de ..."

Szerintem ezt nem tudhatjuk. Lehet, hogy az elektron is még kisebb elemi részekből áll, csak nem ismerjük ezeket.

Így még az is lehet, hogy úgy jön ki az elektron töltése is, hogy 2 * -2/3 + 1/3 = -1 :D

Ugye elhangzott az, hogy ha az elektron és a proton töltése nem lenne egyforma, akkor az atom nem lenne elektromosan semleges, és így nem alakulhatott volna ki az anyagnak komplexebb szerveződése, nem jöhettek volna létre molekulák, stb… De mivel látjuk, hogy az atom semleges, és vannak molekulák, ezért az elektronnak és a protonnak azonos töltésűnek kell lennie. Ez nyilván beláthatóvá teszi azt, hogy valóban azonos töltése van az elektronnak és a protonnak, de valódi magyarázatot nem ad ennek az okára. Hiszen elképzelhető lenne egy olyan univerzum, ahol a két részecske nem azonos töltésű, és amiben valóban nem alakulnak ki komplexebb struktúrák. Ez inkább afféle antropikus elv, mint valódi oksági magyarázat.

Lehetne azt is mondani, hogy ha a világegyetem összességében semleges, és megfelelő megmaradási tételek mentén alakulnak át egymásba részecskék, akkor egy töltött részecske azon az áron létezhet csak, hogy keletkezik egy pontosan vele azonos nagyságú, de ellentétes töltésű részecske. Ez már egy kicsivel jobb érv, itt már van valami oksági kapcsolat.

Ugye az is elhangzott, hogy nincs oka különösebben a dolognak, de úgy figyeltük meg, hogy az elektron és a proton töltése azonos. Ez egy tudományos neopozitivista felfogás. Esetleges dolgoknak valóban nem sok értelme van okát keresni. Miért pont annyi a fénysebesség, amennyi? Ezt a kérdést nehéz boncolgatni, bármennyi is lenne, az ugyanúgy egy esetleges érték lenne. A fizikában azért van egy olyasfajta törekvés, hogy minél inkább redukálja a konstansok számát. Ma már egy csomó klasszikus mechanikai konstans visszavezethető néhány kvantumfizikai konstansra.

Viszont itt kicsit többről van szó, mint puszta esetlegességről. A proton és az elektron töltése sokféleképpen lehetne különböző, viszont ennek ellenére azonos. Ez azért egy eléggé különleges esetlegesség lenne. A helyzet kicsit hasonló, mint anno a súlyos és a tehetetlen tömeg kérdésénél. A kettőt azonosnak találtuk. Aztán még pontosabb mérések során megint csak azonosnak találtuk. Néhány embert talán foglalkoztatott a kérdés, hogy miért, de a tudomány korszellemet alapvetően nem, elég ismerni azokat a paramétereket, amikre egy számításban szükség van, hogy most miért azonos a súlyos és a tehetetlen tömeg, az nem annyira fontos kérdés, a lényeg, hogy tudjuk, hogy azonos. Aztán jött Einstein, aki abból kiindulva, hogy a kétféle tömeg ekvivalens tulajdonságból fakad, megalkotta az általános relativitáselméletet, amiben rögtön érthetővé vált, hogy miért azonos a két tömeg.

A kvantumfizikában jelenleg nem tudjuk, hogy miért azonos töltésű a proton és az elektron. Viszont vannak hipotézisek rá, amik megmagyaráznának néhány kvantumfizikai jelenséget. De hangsúlyozni kell, hogy ezek teljes egészében hipotézisek, elméleti konstrukciók, „ötletek”, mindenféle kísérleti eredmény, bizonyíték nélkül. Ilyen pl. a preon-elmélet (illetve annak több különböző változata).

~ ~ ~

A preon elmélet szerint a leptonok (elektron, tau, müon, és ezek neutrínó párjaik), és a protonokat, neutronokat alkotó kvarkok is un. preonokból épülnek fel. Van töltött (1/3 töltésű) és semleges preon, és ezeknek az antipárja. Jelöljük a töltött preont + és – jelekkel, a semleges preont meg 0-val. (Ugye a töltött preon mondjuk + töltésű, ennek az antirészecske párja – töltésű, ez nem két különböző részecske, hanem az egyik a másik antipárja, így szükségszerűen azonos nagyságú töltéssel rendelkeznek.)

Ekkor:

elektron: – – –

up kvark: + + 0 (illetve a színváltozataira is van hipotézis: + + 0, + 0 + és 0 + +)

down kvark: – 0 0

neutrínó: 0 0 0

W bozon: + + + 0 0 0

Z bozon: 0 0 0 0 0 0; + + + – – –; + + – – 0 0; illetve + – 0 0 0 0

Foton: + –

Vannak más változatai is ennek a hipotézisnek, mindenesetre ez egy elvileg lehetséges modell, ami magyarázatot adna a kvarkok, elektronok, pozitronok töltésének azonos nagyságára, illetve több semleges részecske valódi semlegességére.

De ennek a hipotézisnek is vannak hiányosságai, másrészt meg olyan lehetőségeket is felvet, ami a klasszikus standard modellből nem következik.

> Attól, hogy a proton és elektron nem azonos töltésű, megfelelő arányban még le tudnák árnyékolni egymást.

Igen, de ehhez megint eléggé speciális esetnek kell fennállnia, a proton és az elektron töltésének két egész hányadosának kell lennie. Minél kevesebb részecskét akarunk egy minimális töltéssemlegességhez kívülről nézve, annál kisebb egészeknek kell lennie ebben a hányadosban. Ugyan ez ad némi mozgásteret, de mégis eléggé speciális ahhoz, hogy szimpla esetlegességként tekintsünk rá.