Но откуда берутся эти самые электрические заряды? А ниоткуда! Точнее, они всегда рядом с нами, вокруг нас, и даже мы сами состоим из этих электрических зарядов – элементарных частиц: протонов и электронов[12]. Но об их существовании физики узнали только в конце XIX – начале XX века. А до этого было известно только, что существует два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Еще их называли «стеклянное» и «смоляное» электричество, потому что они появлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть – но, согласитесь, более удобно обозначать тип заряда просто знаком «+» или «—». Более того, при дальнейшем изучении электрических зарядов выяснилось, что одноименные заряды (например, «+» и «+») отталкиваются друг от друга, а разноименные («+» и «—») притягиваются. Возможно, отсюда и пошла поговорка «противоположности притягиваются».

Точное математическое выражение для величины этой силы взаимодействия электрических зарядов описал и проверил экспериментально французский физик Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) в 1785 году:

Здесь q₁ и q₂ – электрические заряды, r – расстояние между ними, а коэффициент k – фундаментальная постоянная электростатического взаимодействия, одинаковая для всех тел во Вселенной. Из закона Кулона следует, что чем больше расстояние между зарядами, тем меньше сила их взаимодействия, и наоборот – чем ближе заряды друг к другу, тем с большей силой они воздействуют друг на друга.

Наблюдательный читатель наверняка заметил, что формула закона Кулона очень напоминает закон всемирного тяготения Ньютона[13]. Отличие лишь в том, что Кулон заменил массы тел на их заряды, а константу гравитационного взаимодействия заменил на электрическую. Тем не менее есть одно существенное отличие – электрические заряды могут быть двух противоположных знаков, в то время как масса – это всегда положительная величина. Поэтому электрические заряды могут как притягиваться, так и отталкиваться друг от друга. Также следует отметить, что гравитационное взаимодействие, например, электронов в миллиарды и миллиарды раз меньше электрического. К примеру, сила гравитационного притяжения между двумя электронами примерно в 10⁴² раз меньше, чем сила их электрического отталкивания. Поэтому практически на все процессы взаимодействия молекул, атомов и элементарных частиц (за исключением самых экстремальных, наподобие тех, что происходили в ранней Вселенной) гравитация не оказывает никакого влияния, а основную роль играет именно электромагнетизм.

Но если все тела состоят из огромного числа заряженных частиц (протонов и электронов), то почему же тогда в обычной жизни мы не ощущаем таких огромных сил притяжения или отталкивания между ними? А дело тут в том, что протоны имеют положительный заряд «+е», а электроны – точно такой же отрицательный «—е», где е означает элементарный электрический заряд (элементарный потому, что невозможно получить заряд, который будет еще меньше[14]). А поскольку в атомах, из которых всё состоит, количество протонов и электронов одинаковое, то и заряд каждого атома равен нулю. Именно поэтому все предметы вокруг нас обычно электрически нейтральны, т. е. имеют суммарный электрический заряд, равный нулю. А значит, и электрические силы между ними не действуют.

Но тем не менее мы можем получить немного электричества даже в домашних условиях, потерев пластиковую ручку, или расческу, или воздушный шар о свои волосы. А можно и о свою кошку или собаку, если они бегают у вас где-то рядом. Такое электричество называется статическим, а сам процесс – электризацией трением. При трении электроны (поскольку они гораздо меньше и подвижнее, чем протоны) с волос «перебегают» на ручку или расческу, так что ручка или расческа получает отрицательный заряд (ведь на ней скопилось слишком много электронов), а на волосах остается избыточный положительный заряд (ведь часть отрицательно заряженных электронов «убежала», а все положительно заряженные протоны остались на своих местах). Получается, что у каждого волоса будет заряд одного знака. Поэтому все они начинают отталкиваться друг от друга и стремятся отдалиться от остальных волос как можно дальше.