引力和电磁力都是长程力，为何星球之间只有引力，电磁力比引力大几十个数量级，为何宇宙中星体由引力主导？
这个问题问得非常深入，涉及到宇宙最基本的几个力，以及我们所观测到的宇宙景象。很多人都会有这个疑问：既然电磁力比引力强大那么多，为什么我们看到的宇宙是靠引力“捏”在一起的？
要解答这个问题，我们需要一点一点地剥开来聊。
为什么说引力和电磁力都是长程力？
首先，我们得明白“长程力”的意思。简单来说，就是它们的作用范围可以一直延伸到无限远。这和短程力（比如强核力和弱核力）形成了鲜明的对比。强核力只在原子核内部那么一点点距离内起作用，一旦粒子稍微分开一点，它的力就几乎消失了。弱核力比强核力作用范围更短。
引力和电磁力之所以能成为长程力，是因为它们都与“源”的性质有关，并且这种“源”可以“成对出现”，从而抵消或叠加。
引力的源是质量。宇宙中的所有有质量的物体都会产生引力。质量是物质固有的属性，你无法“屏蔽”质量。所以，只要有质量，引力就存在，而且会随着距离的增大而减弱（遵循平方反比定律），但永远不会变成零。
电磁力的源是电荷。电荷分为正电荷和负电荷。电磁力也遵循平方反比定律，作用范围也是无限远的。
为什么星球之间只有引力，而看不到电磁力的“主导”？
这才是问题的核心。虽然电磁力比引力强大得多，但我们观察到的宇宙，尤其是天体之间的相互作用，似乎都是由引力在操控。这背后有几个非常关键的原因：
1. 电荷的中性化（最重要的原因）：
我们日常接触到的绝大多数物质，包括地球、太阳、月亮，它们都是电中性的。也就是说，一个物体中包含的正电荷总量和负电荷总量几乎是相等的。
想想看，电磁力的大小与电荷的乘积成正比。如果一个物体带的总电荷量非常小，那么它产生的电磁力也就非常小。
即使是像太阳这样巨大的天体，它内部的电子和质子数量也是庞大到难以想象的，但它们之间几乎是精确地平衡的。因此，太阳对地球的宏观电磁力作用，比它对地球的引力作用要弱得多得多。
即使有两个物体都带了点电荷，比如一个物体带了+q的电荷，另一个带了q的电荷。那么它们之间的电磁力是 $F_{em} propto frac{q cdot (q)}{r^2}$。但如果这两个物体带的电荷总量是零（比如同时带了+q和q，但总体是中性的），那电磁力就几乎为零了。
对比一下引力： 引力是和质量的乘积成正比 $F_g propto frac{m_1 cdot m_2}{r^2}$。质量总是正的，而且你无法把质量“抵消”掉。即使一个物体变得很大，它的质量也只会增加，不会减少或变成负的。
2. 电荷分布的对称性：
即使在某些情况下，天体可能不是完全电中性的，但它们的电荷分布往往是高度对称的。
例如，在一个球对称的带电星球内部，如果你在星球之外某个点测量电磁力，那些分布在不同位置的电荷产生的电磁力可能会互相抵消掉大部分。想想静电场的“高斯定理”，电荷的对称分布会大大减弱宏观上的电磁效应。
而引力，由于它总是吸引的，并且作用于每一个质量点，即使质量分布不均匀，宏观上的引力效应依然明显。
3. 电荷的“可移动性”与“易损失性”：
电子是相对容易从一个原子中脱离出来的，或者被另一个原子捕获。这意味着物质的电荷状态是可以改变的，而且在宇宙演化的过程中，电荷的净量可能会随着时间和环境的因素而“流失”或“转移”。
而质量，基本上是物质固有的属性，在绝大多数情况下是守恒的。你无法轻易地让一个星球“失去”它的质量。
为什么宇宙中星体由引力主导？
结合以上几点，我们就能理解为什么宇宙的宏大尺度上，是引力在唱主角：
宇宙的尺度与电荷中性： 宇宙中的天体，比如恒星、行星、星系，它们的形成和演化经历了漫长的时间，并且过程中伴随着各种物质的碰撞、合并和化学反应。在这些过程中，物质趋向于达到一种电荷平衡的状态。总的来说，构成宇宙的大部分物质都是电中性的。
长距离效应： 虽然电磁力本身是长程的，但由于电荷的中性化，宏观上，天体之间的净电荷量非常小，导致它们之间的宏观电磁力效应也变得微不足道。想象一下，如果宇宙中充满了带正电的物体和带负电的物体，并且它们以某种方式被分隔开，那么它们之间的强大电磁斥力或吸力可能会形成另一番景象。但现实是，正负电荷紧密地混合在一起，甚至在一个原子内部就已经完成了“自我抵消”。
引力的“累加效应”： 引力没有“抵消”的说法。一个天体的质量越大，它产生的引力就越强。当成千上万、乃至数万亿颗恒星聚集在一起形成星系时，它们累积起来的巨大质量产生了强大的引力，将整个星系凝聚在一起，并控制着星系中恒星的运动。
宇宙的结构形成： 宇宙大尺度结构的形成，比如星系团、超星系团，都是引力“拉拽”物质的结果。最初宇宙中的一些微小密度涨落，在引力的作用下不断放大，使得物质向密度大的区域聚集，最终形成了我们看到的“宇宙网”。如果电磁力在此时起主导作用，而且大量物质带有同种电荷，那么强大的电磁斥力很可能会阻止物质的聚集，甚至将物质“推开”，宇宙可能就不会形成我们今天看到的这些结构。
举个生活中的例子：
想象你手里有一大堆大小相同的铁球。每个铁球都带有一点点微弱的正电荷，而你又有另一大堆带同样微弱负电荷的铁球。如果你把它们混在一起，并且由于中和，它们之间的电磁斥力或吸力变得非常非常弱。但是，每个铁球都有质量。如果你把一大堆铁球堆起来，它们会因为自身的重量而向下压，形成一个更紧实的堆。这就像引力在起作用。
现在，假设这堆铁球里的所有球突然都带上了相同的微弱正电荷。它们之间会产生一股斥力，可能会让这堆球“散开”一些。但如果它们同时还带了等量的负电荷，这些斥力就会被抵消。
在宇宙尺度上，事情就更加极端。天体往往是电中性的，所以宏观上的电磁力基本上等于零。但它们的质量是实实在在的，而且是累加的。所以，尽管电磁力的“单位强度”远超引力，但在宏观上，由于电荷的中性化，它几乎“隐形”了；而引力，即使“单位强度”弱，但由于质量的累加效应，在宇宙尺度上就显得无所不在，无所不能了。
所以，虽然电磁力在微观世界，比如原子内部电子绕着原子核转动，或者化学反应中原子的结合，起着决定性的作用，但在宏观宇宙中，是引力塑造了行星围绕恒星公转、恒星组成星系、星系构成星系团的壮丽景象。这是一个关于“力”在不同尺度上表现出不同“主导者”的绝妙案例。
要解答这个问题，我们需要一点一点地剥开来聊。
为什么说引力和电磁力都是长程力？
首先，我们得明白“长程力”的意思。简单来说，就是它们的作用范围可以一直延伸到无限远。这和短程力（比如强核力和弱核力）形成了鲜明的对比。强核力只在原子核内部那么一点点距离内起作用，一旦粒子稍微分开一点，它的力就几乎消失了。弱核力比强核力作用范围更短。
引力和电磁力之所以能成为长程力，是因为它们都与“源”的性质有关，并且这种“源”可以“成对出现”，从而抵消或叠加。
引力的源是质量。宇宙中的所有有质量的物体都会产生引力。质量是物质固有的属性，你无法“屏蔽”质量。所以，只要有质量，引力就存在，而且会随着距离的增大而减弱（遵循平方反比定律），但永远不会变成零。
电磁力的源是电荷。电荷分为正电荷和负电荷。电磁力也遵循平方反比定律，作用范围也是无限远的。
为什么星球之间只有引力，而看不到电磁力的“主导”？
这才是问题的核心。虽然电磁力比引力强大得多，但我们观察到的宇宙，尤其是天体之间的相互作用，似乎都是由引力在操控。这背后有几个非常关键的原因：
1. 电荷的中性化（最重要的原因）：
我们日常接触到的绝大多数物质，包括地球、太阳、月亮，它们都是电中性的。也就是说，一个物体中包含的正电荷总量和负电荷总量几乎是相等的。
想想看，电磁力的大小与电荷的乘积成正比。如果一个物体带的总电荷量非常小，那么它产生的电磁力也就非常小。
即使是像太阳这样巨大的天体，它内部的电子和质子数量也是庞大到难以想象的，但它们之间几乎是精确地平衡的。因此，太阳对地球的宏观电磁力作用，比它对地球的引力作用要弱得多得多。
即使有两个物体都带了点电荷，比如一个物体带了+q的电荷，另一个带了q的电荷。那么它们之间的电磁力是 $F_{em} propto frac{q cdot (q)}{r^2}$。但如果这两个物体带的电荷总量是零（比如同时带了+q和q，但总体是中性的），那电磁力就几乎为零了。
对比一下引力： 引力是和质量的乘积成正比 $F_g propto frac{m_1 cdot m_2}{r^2}$。质量总是正的，而且你无法把质量“抵消”掉。即使一个物体变得很大，它的质量也只会增加，不会减少或变成负的。
2. 电荷分布的对称性：
即使在某些情况下，天体可能不是完全电中性的，但它们的电荷分布往往是高度对称的。
例如，在一个球对称的带电星球内部，如果你在星球之外某个点测量电磁力，那些分布在不同位置的电荷产生的电磁力可能会互相抵消掉大部分。想想静电场的“高斯定理”，电荷的对称分布会大大减弱宏观上的电磁效应。
而引力，由于它总是吸引的，并且作用于每一个质量点，即使质量分布不均匀，宏观上的引力效应依然明显。
3. 电荷的“可移动性”与“易损失性”：
电子是相对容易从一个原子中脱离出来的，或者被另一个原子捕获。这意味着物质的电荷状态是可以改变的，而且在宇宙演化的过程中，电荷的净量可能会随着时间和环境的因素而“流失”或“转移”。
而质量，基本上是物质固有的属性，在绝大多数情况下是守恒的。你无法轻易地让一个星球“失去”它的质量。
为什么宇宙中星体由引力主导？
结合以上几点，我们就能理解为什么宇宙的宏大尺度上，是引力在唱主角：
宇宙的尺度与电荷中性： 宇宙中的天体，比如恒星、行星、星系，它们的形成和演化经历了漫长的时间，并且过程中伴随着各种物质的碰撞、合并和化学反应。在这些过程中，物质趋向于达到一种电荷平衡的状态。总的来说，构成宇宙的大部分物质都是电中性的。
长距离效应： 虽然电磁力本身是长程的，但由于电荷的中性化，宏观上，天体之间的净电荷量非常小，导致它们之间的宏观电磁力效应也变得微不足道。想象一下，如果宇宙中充满了带正电的物体和带负电的物体，并且它们以某种方式被分隔开，那么它们之间的强大电磁斥力或吸力可能会形成另一番景象。但现实是，正负电荷紧密地混合在一起，甚至在一个原子内部就已经完成了“自我抵消”。
引力的“累加效应”： 引力没有“抵消”的说法。一个天体的质量越大，它产生的引力就越强。当成千上万、乃至数万亿颗恒星聚集在一起形成星系时，它们累积起来的巨大质量产生了强大的引力，将整个星系凝聚在一起，并控制着星系中恒星的运动。
宇宙的结构形成： 宇宙大尺度结构的形成，比如星系团、超星系团，都是引力“拉拽”物质的结果。最初宇宙中的一些微小密度涨落，在引力的作用下不断放大，使得物质向密度大的区域聚集，最终形成了我们看到的“宇宙网”。如果电磁力在此时起主导作用，而且大量物质带有同种电荷，那么强大的电磁斥力很可能会阻止物质的聚集，甚至将物质“推开”，宇宙可能就不会形成我们今天看到的这些结构。
举个生活中的例子：
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现在，假设这堆铁球里的所有球突然都带上了相同的微弱正电荷。它们之间会产生一股斥力，可能会让这堆球“散开”一些。但如果它们同时还带了等量的负电荷，这些斥力就会被抵消。
在宇宙尺度上，事情就更加极端。天体往往是电中性的，所以宏观上的电磁力基本上等于零。但它们的质量是实实在在的，而且是累加的。所以，尽管电磁力的“单位强度”远超引力，但在宏观上，由于电荷的中性化，它几乎“隐形”了；而引力，即使“单位强度”弱，但由于质量的累加效应，在宇宙尺度上就显得无所不在，无所不能了。
所以，虽然电磁力在微观世界，比如原子内部电子绕着原子核转动，或者化学反应中原子的结合，起着决定性的作用，但在宏观宇宙中，是引力塑造了行星围绕恒星公转、恒星组成星系、星系构成星系团的壮丽景象。这是一个关于“力”在不同尺度上表现出不同“主导者”的绝妙案例。
网友意见
因为宇宙在天文尺度（包括时间和空间尺度）下“导电”。
宇宙空间中有一些带电粒子，有恒星不断发射出来的、有被高能射线激发产生的，这些带电粒子在空间电场下的移动构成了天体之间的“漏电流”。
而天体之间的电容又没多大（比如太阳和地球之间，只有微法级电容），当天体带上少许电荷，就会产生较大的电势差（Q=CU），太阳和地球之间就会产生漏电流，让"电容"趋于等势（Q=It）。
注意1，这个电势平衡过程并不需要等到太阳发射的带电粒子抵达地球。普通电路中电子的移动速度只有每秒几微米、几十微米的量级，但是我们打开电灯开关后并不需要等待很久。
注意2，以上是一个简化到漏洞百出的抽象模型，事实上天体之间并不是简单的电容电阻，还有很多“有源器件”——包括“恒星电源”、包括“大气射线换能器”等等。所以事实上天体之间是存在大范围的电场的，比如太阳外层和范艾伦辐射带之间就存在数百伏的电势差。当然，这个数字除以1.5亿千米的距离，这个电场已经弱得足可以忽略不计了。
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