科普中國-恩紹定理

恩紹定理指出點粒子集不能被穩(wěn)定維持在僅由電荷的靜電相互作用構(gòu)成的一個穩(wěn)定靜止的力學平衡結(jié)構(gòu)。

簡介

恩紹定理（Earnshaw's theorem）指出點粒子集不能被穩(wěn)定維持在僅由電荷的靜電相互作用構(gòu)成的一個穩(wěn)定靜止的力學平衡結(jié)構(gòu)。該定理首次被英國數(shù)學家塞繆爾·恩紹于1842年證明。該定理通常被用于磁場中，但該定理最初被應用于靜電場中。該定理適用于經(jīng)典平方反比定律的力（靜電力和引力），同時也適用于磁鐵和順磁性材料或者其它任意組合（但非抗磁性材料）的磁場力。1

介紹

通俗地講，一個點電荷在任意一個靜電場的情況是高斯定律的一個簡單結(jié)果。1

點粒子

點粒子是物理里頭常使用的一種粒子理想化的概念。 其主要的特色是維度為零，不占有空間。當情況在與物體的大小、形狀、結(jié)構(gòu)無關(guān)時，點粒子是一個合適的描述。 舉例而言，只要離得夠遠，形狀任意的物體都會看似于一個點。

在討論重力時，物理學家習慣用一個“點質(zhì)量”去描述一個具有質(zhì)量但不具有結(jié)構(gòu)的粒子。 類似的情況，在電磁作用中“點電荷”代表一個帶電荷的粒子。

有時由于特殊的組成性質(zhì)，即使相距不遠，物體仍可視作為點粒子。 例如一個其交互作用遵守平方反比定律的球形物體，它的作用等同全部的物質(zhì)集中在球心的點上。 在牛頓重力和古典電磁學中，在球面之外的場等同一個位于球心的具有相同質(zhì)量/電荷的點粒子產(chǎn)生的場。

在量子力學里，這個概念變得比較復雜。 由于海森堡的不確定性原理，電子與質(zhì)子之間有一個最小的距離。保持這個距離的一個質(zhì)子和一個電子，其實就是氫原子。3

此外，這當中電子與夸克這類的不具結(jié)構(gòu)基本粒子與質(zhì)子這類具有結(jié)構(gòu)的復合粒子（質(zhì)子由三個夸克構(gòu)成）也有所不同。 基本粒子有時也被稱作“點粒子”，但這與上面討論的概念不同。2

力學平衡

當一個質(zhì)點、剛體或質(zhì)點系的速度矢量為常矢量時，就稱該物體或系統(tǒng)處于力學平衡（Mechanical equilibrium）或機械平衡狀態(tài)。特別地，當一個靜止的質(zhì)點或質(zhì)點系處于力學平衡狀態(tài)時，該質(zhì)點或質(zhì)點系即處于靜力平衡或靜態(tài)平衡狀態(tài)。物體的力學平衡狀態(tài)在任何和該物體相對靜止的參考系中均不變。2

粒子加速器

粒子加速器（英語：particle accelerator）是利用電場來推動帶電粒子使之獲得高能量。日常生活中常見的粒子加速器有用于電視的陰極射線管及X光管等設施。只有當被加速的粒子置于抽真空的管中時，才不會被空氣中的分子所撞擊而潰散。在高能加速器里的粒子由四極磁鐵（quadrupole magnet）聚焦成束，使粒子不會因為彼此間產(chǎn)生的排斥力而散開。

粒子加速器有兩種基本型式，環(huán)形加速器和直線加速器。1