电子关联与多体物理
库仑排斥
/ KOO-lom /
试着把两块条形磁铁的北极往一起按:你越往里推,它们越使劲往回顶。两个电子做的是同一件事,只不过用的是电荷,而不是磁。因为它们都带同样的负电,便彼此推开,而且越靠近,这一推就越凶。这就是库仑排斥,得名于那位在十八世纪测出电力定律的物理学家。
从数量上看,两个电子间的排斥会随距离稳稳地、却又「够得很远地」减弱:距离减半,力就变成四倍;哪怕离得很远,它也从不真正消失。正是这份长长的「触手」,让电子关联如此难缠——一个电子感受到的,不只是它最近的邻居,而是材料里其余每一个电子同时施加的力,无论远近。
它之所以重要,是因为库仑排斥几乎是所有关联效应的总根源,从原子为何有其大小,到莫特绝缘体为何拒绝导电。要诚实地补一句:在真实材料内部,这种赤裸的、长程的排斥会被其他电子重新排布而大大软化——这一过程叫屏蔽——所以一个电子实际感受到的推力,要比教科书公式说的温和得多、也短程得多。
当你拿气球在头发上蹭一蹭,发丝便根根竖起、彼此推开,你正用自己的眼睛看着库仑排斥:每根头发都沾上了同一种电荷,于是相互排斥,尽量散开,离彼此越远越好。
气球让头发带电后发丝相互排斥——这就是日常中起作用的库仑排斥。
库仑定律同样描述异种电荷之间的吸引——电子和质子按同一条规则相互吸引。「库仑排斥」不过是专指同种电荷的情形,而这正是电子在材料内部相互拥挤时最要紧的那种情形。
又称
另见