電是哪些？電荷是哪些？
電究竟是哪些？這是初學這方面知識的人一定會問的問題。
假如問力究竟是哪些，稍有生活經驗的人恐怕都能給出自己的描述式理解，學過學校數學的人都會列舉彈力、浮力、萬有引力等力的具體實例來企圖更清晰地回答這個問題。他的觀眾常常也并不會認為，通過這種司空見慣的現象來認識力的概念，這樣的過程有哪些困難和問題。
然而，假如問電究竟是哪些，要解釋這個問題就相當困難了。大多數人一般會利用雷電、摩擦起電等現象來企圖進行解釋。好吧，我們暫且覺得這樣的解釋就能在大多數情況下蒙混過關（雖然從生活經驗上說，體驗過觸電以后能夠在生理上有條件向他人描述體會的人終究只是極少數【作者誠懇警示：非專業人士切勿嘗試！在電磁互相作用面前，不具有任何充分有效的安全舉措的盲目地嘗試，都足以逼死人！】，但體驗過被人使勁辱罵甚至推倒的人卻幾乎四處都有）。其實學過學校數學的人都會告訴你，雷電是電壓的一種方式，電壓是大量電荷的定向運動，而磨擦起電是因為電荷發生了轉移。于是，這個問題又轉化為另一個更深刻的問題：電荷究竟是哪些？
電磁學理論回答這個問題了么？可以說回答了，也可以說沒有回答。
雖然是在麥克斯韋的《電磁通論》中，也一直是通過磨擦以后的玻璃或則樹膠就能彼此形成吸引或推斥這樣的現象來引入“物體帶了‘電’，而且自然界有兩種‘電’”這一概念的（這樣的方法仍然被現在的學校甚至學院數學教材廣泛承襲）【參見：[英]麥克斯韋.電磁通論[M].戈革,譯.上海:上海學院出版社,2010:25.】。定性地認識到存在著這樣的現象以后，怎么定量地描畫這個現象呢？其實須要利用一些已知的觀測手段，比如檢測兩個帶電物體之間存在的斥力的大小和方向（這正是庫侖等先輩們當初做過的事情）進而通過對斥力的描畫來間接地描畫這樣的現象（這樣的研究方式勸告著我們：不可能不依靠任何互相作用而孤立地去研究某種自然現象）。這樣的斥力其實必然跟這兩個帶電物體自身密切相關，并且有充分的證據證明它并不與這兩個帶電物體的質量有哪些關聯。若果不然，不管從邏輯上還是從實驗上，它一定可以而且早就以某種方式起碼部份地歸并到牛頓時代就已經相當確切地認識到的萬有引力中去了。
最后這句話意味著，帶電物體間存在的這些斥力與它們之間同樣存在的、早已被認識到的萬有引力，是兩種迥然不同的、各自獨立的互相作用，而導致這一區別的緣由，就是物體“帶電”了。接出來就須要通過某個概念來描述物體“帶了哪些樣的電？帶了多少電？”。與精典熱學使用引力質量這一概念來描述物體間的萬有引力互相作用完全相像地，電磁學理論中使用了電荷這一概念來描述帶電物體間的這些因為“帶電”而引起的互相作用而且還定義了這一數學量的單位（歷史上這樣的單位有若干種不同的定義，旁邊會詳盡介紹），雖然起碼在操作層面解決了剛才提出的描述物體“帶了哪些樣的電？帶了多少電？”的問題。從這個意義上說，電磁學理論的確回答了“電荷究竟是哪些”的問題：“電荷”就是個拿來描述物體“帶了哪些樣的電？帶了多少電？”的特點的概念。
有了這樣的基礎，如今嘗試回答一下“什么是電”的問題。“電”這個概念的實質是在描述“通過磨擦以后的玻璃或則樹膠才能彼此形成吸引或推斥這樣的現象，但是沒有被磨擦過的玻璃或則樹膠是不會有這樣的現象的，這就表明磨擦之后的玻璃或則樹膠一定具有了某種不一樣的特點”。這樣的特點，就是“電”，用更現代的語言來描述電子守恒定律的應用，就是“摩擦以后的玻璃或則樹膠”帶了“電”，或則說具有了“電性”。
其實哲學家們都會企圖進一步求索這種概念在哲學意義上的本質，并且電荷的（哲學意義上的）本質其實不是電磁理論，也不是數學學所關注的，正如精典熱學并不關注質量的（哲學意義上的）本質一樣。數學學關注的，是怎樣描述這樣的現象，以及為什么會形成這樣的現象（現代數學學一直在企圖從更基本的觀點出發來理解物體為何會有質量、電荷等等這種特點）。在這個意義上，電磁理論并沒有回答為何一個物感受有“電性”的問題。
電荷是描述物體參與電磁互相作用能力的量度
現代數學學的主流觀點覺得，一切運動和變化都是物質之間各類互相作用的彰顯。物體與物體之間的引力互相作用彰顯出物體具有引力質量，物體與電磁場的互相作用彰顯出物體具有電荷量，換言之電荷量是物體參與電磁互相作用的能力的量度。一個物體既才能參與引力互相作用，也才能參與電磁互相作用。對于這個物體來說，描述它參與引力互相作用的能力的數學量是引力質量，描述它參與電磁互相作用的能力的數學量則是電荷量，一般也簡稱為電荷。既然電磁互相作用獨立于引力互相作用，物體的電荷量其實獨立于其引力質量。
利用軟件工程學中主流的面向對象方式論，可以把上述表述改寫為：任何物體都是一個對象，引力互相作用表明了這個對象有一個內在屬性稱作（引力）質量，電磁互相作用同樣表明這個對象有另一個內在屬性稱作電荷量。
眾所周知,電荷量的取值規定為：正電荷取正值，負電荷取負值。在國際單位制（SI制）中，電荷量的單位為庫[侖]，記為。
既然“電荷”這個概念僅僅是物體參與電磁互相作用能力的量度，它就不是某種可以脫離具體的物體而孤立存在的東西。一般我們說研究某電荷，實際上是在說研究某質量為，具有電荷量的物體，只不過質量（以及物體的顏色、形狀、電荷在物體上的具體分布等等你所能想到的全部其它特征）對于要研究的問題來說完全毋須要或則不值得考慮（其實這取決于所研究的問題的具體內容和要求），因而才有了點電荷（當須要明晰強調質量時，亦稱為帶電質點）這一理想模型。
本書的作者傾向于在描述物體具有的電性時，盡可能避開使用“攜帶”這類詞。由于這類詞大幾率地會讓初學者以為電荷是獨立于物體而存在的某種東西，因而錯誤地將物體“帶了電”理解為這個物體攜帶了這些叫電荷的東西，物體“不帶電”理解為這個物體不攜帶這些叫電荷的東西。
“電荷”是否真實存在？正如前面的討論，“電荷”僅僅是物體具有的眾多特點或屬性之一，而不是物體本身。只要電磁互相作用一直在自然界中存在，數學學就必然須要一個概念來描述物體參與電磁互相作用的能力。換言之，只要這個概念被拿來描述物體所具有的這一能力，不管概念本身用哪些樣的詞匯來標記，它在數學上的意義就會與現有的“電荷”概念完全等效。
只有兩種電荷：正電荷和負電荷
自然界只存在兩種電荷。一般在數學學書籍中常常采用以下描述：“用絲綢磨擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用毛皮磨擦過的橡膠棒所帶的電荷稱為負電荷”來引入兩種電荷的定義。這一方法似乎描述得很清晰但卻很不具有可操作性。
大量數學學實驗和現代物質結構理論都表明，任何物體在微觀層次上都是由大量的帶電粒子組成的電子守恒定律的應用，宏觀上“帶正電”、“帶負電”還是“不帶電”通常取決于這個物體內是帶正電的質子多一些還是帶負電的電子多一些還是恰好一樣多。對于宏觀物體，絕大多數情況下根本不須要考慮電中性的中子（以及可能存在的其它這些壽命極短的粒子）的影響。這就把描述物體“帶了哪些樣的電？帶了多少電？”的問題轉化為數一數物體內部的質子數和電子數的問題，理論上完全可以把某個物體的帶電情況用類似這樣的句子來描述：“物體A所帶的電子數比質子數多1個”。這兒只須要關注數目的根本緣由是1個質子所帶的正電荷量和1個電子所帶的負電荷量嚴格相等，這其實不是“巧合”而是有堅實的實驗基礎的，現代數學學也對此給出了更深刻的理論解釋。
至于質子和電子誰帶正電、誰帶負電，純粹是一種沿襲至今的約定【最先提出這一約定的正是富蘭克林，只不過他的原始觀點是規定正電荷運動方向為電壓方向，這才導致了后來發覺的電子帶上了“負電”?！浚ㄍ耆梢砸幎ㄙ|子帶1個單位負電荷，電子帶1個單位正電荷，數學學理論中所有與正電和負電相關的地方相應地進行更改就可以了）。按現代物質結構理論給出的解釋，絲綢磨擦過的玻璃棒會帶正電的緣由是磨擦過程導致了玻璃棒內的一部份電子轉移到了絲綢上，造成玻璃棒所含質子數小于電子數，從而宏觀上帶了正電。毛皮磨擦過的橡膠棒帶負電的誘因也是完全類似的。
另一個很有意思的問題：描述引力互相作用的質量是一個非負實數，意味著“質量荷”只有一種。描述電磁互相作用的電荷，卻有正電荷、負電荷兩種?，F代原子核化學中描述強互相作用的色荷則有三種。這是為何呢？有沒有可能存在某種未知的互相作用，描述它的“荷”有四種？
電荷守恒定理與基本電荷
大量的實驗都表明，在一般的互相作用過程中，參與互相作用的體系的總電荷量保持不變，這稱為電荷守恒定理。
按現代數學理論，這一定理有一個最直接的解釋：只要互相作用中完全不存在質子和電子等基本粒子的形成和消失【嚴格的術語應該為“湮滅”，此處為簡單起見改用為容易被更多人理解的“消失”一詞】過程，無論互相作用本身是何種表現方式，參與互相作用的整個體系的各種粒子總量以及總電荷量必然是不變的。換句話說，假如互相作用過程中出現了質子或電子（以及中子等其他粒子）的形成和消失過程，那就必然不再滿足這一守恒定理，同時也不再屬于電磁學理論能描述的范圍。
基于上一節的闡述可知，對物體帶電情況的描述，基本與數一數物體內部的質子數和電子數孰多孰少是同一個問題。在電磁互相作用中，既然質子和電子沒有發生形成和消失的過程（其實更沒有粒子內部發生變化的過程），那就必然只是一定數目的質子（簡略地，也可以說是原子核或原子實）與一定數目的電子在發生互相作用。因而，在定量地描述這一互相作用時，就可以很自然地以單個質子或電子所具有的電荷量數值作為電荷量這一數學量的基本單位，稱為基本電荷或元電荷，記為。單個質子所帶的電荷量規定為，單個電子所帶的電荷量規定為。
自2019年5月20日起開始實施的國際單位制【也稱SI制，詳見：第26屆國際計量會議（CGPM）決議?？稍谥袊嬃靠茖W研究院官網（）免費獲取該文件的英文版本。】規定，基本電荷（俗稱電子電荷量）是一個基本數學常量，其定義值為，這個數值是精確值（并按照它以及其它6個基本數學常數來進一步導入一系列數學量的單位）。
因為基本電荷僅僅是1個質子或1個電子所具有的電荷量數值，而現代數學學已然強調夸克是組成質子的更基本的粒子，因而夸克帶有分數電荷量并不是一件無法理解的事情（雖然更難理解的問題是：為何夸克帶的分數電荷其數值正好是基本電荷的1/3和2/3而不是別的哪些數？【這個問題早已遠遠超出了精典電磁理論所能解釋的范圍，對此感興趣的讀者可參閱粒子化學學有關教材或文獻，比如：[美]DavidJ..粒子化學概論：翻譯版：原書第2版[M].王青,譯.上海:機械工業出版社,2016.10.】。并且，因為強互相作用固有的特點（即“夸克禁閉”或“色禁閉”），沒有辦法從質子上將夸克單獨分離下來（至于把電子“打碎”，在沒有觀察到電子具有內部結構之前，是更不可能的），因而實際上任何帶電體具有的電荷量，都是基本電荷的整數倍。從這個意義上說，電荷這一物理量其實是量子化的。
