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点粒子

点质量的实际范例。灰色部分的质量可以简化成一个点质量。

点粒子物理里头常使用的一种粒子理想化的概念。 其主要的特色是维度为零,不占有空间。 当情况在与物体的大小、形状、结构无关时,点粒子是一个合适的描述。 举例而言,只要离得够远,形状任意的物体都会看似于一个点。

在讨论重力时,物理学家习惯用一个“点质量”去描述一个具有质量但不具有结构的粒子。 类似的情况,在电磁作用中“点电荷”代表一个带电荷的粒子。

有时由于特殊的组成性质,即使相距不远,物体仍可视作为点粒子。 例如一个其交互作用遵守平方反比定律的球形物体,它的作用等同全部的物质集中在球心的点上。 在牛顿重力和古典电磁学中,在球面之外的等同一个位于球心的具有相同质量/电荷的点粒子产生的场。

量子力学里,这个概念变得比较复杂。 由于海森堡不确定性原理,一个不具有结构的粒子所占据的空间仍不为零。 例如一个氢原子轨道上的电子,其所占据的空间约 10-30 m3 。 此外,这当中电子夸克这类的不具结构基本粒子与质子这类具有结构的复合粒子(质子由三个夸克构成)也有所不同。 基本粒子有时也被称作“点粒子”,但这与上面讨论的概念不同。 (细节请见基本粒子

参阅

参考书目

延伸阅读

  • Eric W. Weisstein, "Point Charge".
  • F. H. J. Cornish, "Classical radiation theory and point charges". Proc. Phys. Soc. 86 427-442, 1965. doi:10.1088/0370-1328/86/3/301
  • O. D. Jefimenko, "Direct calculation of the electric and magnetic fields of an electric point charge moving with constant velocity". Am. J. Phys.62 (1994), 79.

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