電子關聯與多體物理
庫侖排斥
/ KOO-lom /
試著把兩塊條形磁鐵的北極往一起按:你越往裡推,它們越使勁往回頂。兩個電子做的是同一件事,只不過用的是電荷,而不是磁。因為它們都帶同樣的負電,便彼此推開,而且越靠近,這一推就越兇。這就是庫侖排斥,得名於那位在十八世紀測出電力定律的物理學家。
從數量上看,兩個電子間的排斥會隨距離穩穩地、卻又「夠得很遠地」減弱:距離減半,力就變成四倍;哪怕離得很遠,它也從不真正消失。正是這份長長的「觸手」,讓電子關聯如此難纏——一個電子感受到的,不只是它最近的鄰居,而是材料裡其餘每一個電子同時施加的力,無論遠近。
它之所以重要,是因為庫侖排斥幾乎是所有關聯效應的總根源,從原子為何有其大小,到莫特絕緣體為何拒絕導電。要誠實地補一句:在真實材料內部,這種赤裸的、長程的排斥會被其他電子重新排布而大大軟化——這一過程叫屏蔽——所以一個電子實際感受到的推力,要比教科書公式說的溫和得多、也短程得多。
當你拿氣球在頭髮上蹭一蹭,髮絲便根根豎起、彼此推開,你正用自己的眼睛看著庫侖排斥:每根頭髮都沾上了同一種電荷,於是相互排斥,盡量散開,離彼此越遠越好。
氣球讓頭髮帶電後髮絲相互排斥——這就是日常中起作用的庫侖排斥。
庫侖定律同樣描述異種電荷之間的吸引——電子和質子按同一條規則相互吸引。「庫侖排斥」不過是專指同種電荷的情形,而這正是電子在材料內部相互擁擠時最要緊的那種情形。
又稱
另見