为什么自然界只有正负两种电性？

为什么自然界只有正负两种电性？

要回答这个问题，我们首先要明白电荷是什么。电荷是规范变换的生成元。怎么理解这句话呢，我们知道有电荷的两个物体会受到电磁相互作用，那么显然电荷是和电磁场关联到一起的。那么电荷是怎么来的呢？我们知道在量子力学中，波函数是有一个相位自由度（也叫做规范自由度），ψ(x)e^(iα)，其中α可以是任意值。

我们知道薛定谔方程，那么当我们改变波函数的相位（并且把这个相位α取成时间和空间α(x,t)的函数）的时候，我们发现薛定谔方程的形式改变了，这是因为还记得我们说过在量子力学中，不同相位的波函数对应相同的物理。要想让薛定谔方程的形式不变，我们就必须在我们的方程中引入一个其他的东西来消掉局域规范变换多出来的项。加的这个这个东西就是所谓的电磁场，因为我们知道电磁场也有一个规范自由度，恰好让多出来两项相消。

这实际上就是把动量变成在电磁场中的正则动量。那么我们发现我们对于电荷的认识也随着这个认识而改变。为什么会出现电磁场呢？是因为我们给波函数做了一个局域的规范变换。那我们知道只有带电荷的东西才能跟电磁场相互作用。那电荷显然跟我们的波函数的相位的变化有关系~这就是我们说的——电荷是规范变换的生成元。在来看一下你的问题，为什么自然界只有两种电性呢？

实际上就是因为电荷体现在波函数的相因子中，二者本身就只是一个数，当然只能要么取正，要么取负，它的大小只不过是关联到电荷量的大小而已~~本质上讲，你问题的答案是：电磁场是一个U(1)规范场。当然咯~其他的相互作用，可能就不是U(1)规范场，比如是SU(2)规范场，那么它有三个生成元，显然它就有三个“电荷”。