почему в электропоезде положительный провод соединен с воздухом. а отрицательный с рельсами

Коррозия.
Если бы провод был электроположительным, то срок его службы сократился бы в десятки раз. Почитайте КАТОДНАЯ ЗАЩИТА, ДРЕНАЖНАЯ ЗАЩИТА

Потому что при горении электрической дуги ток несет ионы материала контактов от – к +. Те когда токосъемник отстает от провода горит дуга и несет ионы графитового токосъемника на контактный провод те на токосъемнике вырываются ямы а провод остается не поврежденным. Ну а токосъемники постоянно меняют их не жалко.

Чтобы тебя не токнуло при ходьбе по рельсам.

ну уж нет. Это не задача по физике. Причина то в электрохимии.. .

Физиками принято что ток идет от положительного к отрицательному проводу.
А в реале катод, он же минус - это источник свободных электронов.

И разница очень большая.

Когда положительный провод контактирует с средой (влажная почва или вода к примеру) он будет разрушаться. Отрицательный нет так как присутствует избыток электронов.

Можете поискать про коррозийную защиту, протекторную защиту.. . Есть еще катодная защита.
Все только затем чтобы снизить потенциал проводника и предохранить его от коррозии.

потому что если смотреть сверху, то сбоку кажется, что снизу ничего не видно, втеории мона и наоборот, только источник питания должен быть гальванически развязан и заземлять категорически не советую

ну обычно минус (0) идёт на общий, массу, заземление и возможно для того что бы не было замыкания отрицательный с рельсами соединяют

отрецатльная энергия она должна уходить в землю "заземление" меры безопастости

потому-что относительно земли напряжение на минусе равно 0