Ответственна ли электромагнитная сила за контактные силы? [дубликат]

Обычно утверждается, что в природе существуют четыре фундаментальные силы или взаимодействия. Естественно рассмотреть, какая из них отвечает за нормальную силу, которую мы встречаем в элементарной физике. Какова природа силы, действующей на тело со стороны пола, на котором оно покоится?

Из четырех сил единственной, которая кажется значимой, является электромагнитная сила, и я всегда предполагал, что рассматриваемая сила отталкивания, в конечном счете, является электромагнитной. Статья Википедии о контактных силах , похоже, согласна:

Молекулярная и квантовая физика показывают, что электромагнитная сила является фундаментальным взаимодействием, ответственным за контактные силы.

Альтернативное объяснение состоит в том, что сила является результатом принципа исключения Паули; однако, каким бы разумным это ни казалось, оно не дает ответа на вопрос, какая сила на самом деле действует здесь. Принцип исключения не является силой, или, по крайней мере, его обычно так не описывают.

Недавно я натолкнулся на довольно сильно представленный аргумент, утверждающий, что нормальная сила — это макроскопическая сила, которая не сводится напрямую к электромагнитной силе или любой другой силе; скорее, это действительно следует из принципа запрета Паули посредством взаимодействия электронных волновых функций. Аргумент также утверждает, что попытки исправить статью в Википедии встретили обычные возражения «необходим источник», и что эта тема либо неправильно понята, либо плохо освещена в стандартных текстах.

(Аргумент можно найти здесь ).

Какой путь это?

Я думаю, что, когда физики элементарных частиц говорят о четырех фундаментальных силах, лучшим словом было бы «взаимодействие между фундаментальными квантовыми полями», но здесь я просто предполагаю: давление вырождения фермионов возникает из-за взаимодействия конкретного рассматриваемого фермионного поля с самим собой - Думаю, именно поэтому оно не является частью четырех фундаментальных взаимодействий. Я также хотел бы получить прямой ответ на ваш вопрос от физика элементарных частиц.
Предложенный мной дубликат может быть не сразу очевиден, но длинный и подробный ответ Терри на этот вопрос охватывает соответствующую тему. Также ответ Ваутера на physics.stackexchange.com/q/69241 дает отличное описание того, как работает сила исключения.
@JohnRennie, а как насчет моего предположения, что четыре силы лучше было бы назвать четырьмя взаимодействиями? Я всегда думал, что физики элементарных частиц несколько «поэтичны», когда используют одно и то же слово для макроскопических сил.
@JohnRennie, спасибо за ссылку. Таким образом, кажется, что за нормальной силой действительно стоит принцип Паули, и что эта сила действительно не является просто одной из «четырех фундаментальных» сил? Значит, неверно говорить, что в природе есть только эти четыре силы?
@WetSavannaAnimalakaRodVance, конечно, некоторые случаи электромагнитной силы служат как полевыми взаимодействиями, так и прямыми макроскопическими силами. Меня весьма удивляет, что большее количество авторов не проводит более четкого различия между различными значениями слова «сила».
@AlonAmit: см. physics.stackexchange.com/q/44712 . Сила запрета Паули не является фундаментальной силой в том смысле, в каком физики используют это слово. Другие пользователи слова могут отличаться.
Еще один возможный обман: physics.stackexchange.com/q/1077 .

Ответы (1)

Предположим, вы берете два атома гелия и пытаетесь столкнуть их вместе. Будет иметь место отталкивание на коротком расстоянии, и мы обычно описываем его как силу исключения Паули, так что это действительно звучит так, как будто принцип исключения порождает фундаментальную силу.

Однако предположим, что у одного из атомов He оба электрона возбуждены 2 с орбитальный (физически маловероятно, но это всего лишь мысленный эксперимент). Это явно повлияет на силу исключения, потому что перекрытие He 1 с и 2 с орбиталей отличается от перекрытия двух 1 с орбитали. В самом деле, если вы поместите два атома He в одно и то же пространство, интеграл перекрытия станет равным нулю, а сила исключения исчезнет. По общему признанию, здесь происходит вопиющее количество размахивания руками, но вы поняли основную идею.

Таким образом, сила существует, потому что принцип исключения требует возбуждения электронов из основного состояния, когда они сталкиваются друг с другом, а это требует энергии. Но это стоит только энергии из-за электромагнитной силы, ответственной за связывание электронов в атомы гелия в первую очередь. Если бы вы ослабили электромагнитную силу, то сила исключения также ослабла бы и фактически исчезла бы в пределе, когда ЭМ-сила стремится к нулю.

Вот почему сила исключения не является фундаментальной силой. Когда вы сталкиваете атомы гелия вместе, работа, которую вы выполняете, заключается в возбуждении электромагнитного поля, а не в возбуждении какого-то «поля Паули». Принцип исключения является фундаментальным принципом, но тот факт, что требуется работа, зависит от электромагнитной силы.

По теме: Если я толкаю кого-то, какую фундаментальную силу я создаю? имеет ответ, в котором ключевой частью является принцип исключения, что привело к ссылке на этот ответ в комментариях.
Ответственна ли электромагнитная сила за контактные силы? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v