La situación
Imagina que colocamos dos objetos cargados a una distancia muy grande, esencialmente convirtiéndolos en cargas puntuales. ¿Cómo interactúa la fuerza EM entre las dos cargas puntuales si los fotones virtuales no pueden existir durante períodos prolongados?
Lo que yo sé
De acuerdo con la teoría de partículas, la fuerza EM es "activada" por el intercambio de fotones virtuales. Según QM y el Principio de Incertidumbre: ΔE*Δt > h (aprox). Los fotones virtuales solo pueden surgir si existen durante un período de tiempo muy, muy corto porque el error en la energía se vuelve muy grande y, por lo tanto, no se viola la conservación de la masa y la energía. Si colocamos las dos cargas puntuales muy lejos, la componente de tiempo se vuelve muy grande, haciendo que la componente de energía tenga una pequeña desviación, reduciéndola a una energía específica.
Experimento mental
Coloque dos cargas puntuales separadas por 1 año luz y dé a los dos puntos cargas iguales de modo que la fuerza electrostática total sea de 1 newton entre ellos. Para que se intercambie la fuerza, las "partículas virtuales" ahora deben vivir 1 año (Δt = 3.15569e+7 segundos), dando a cada fotón una energía muy específica y, por lo tanto, una longitud de onda muy específica. Si miramos el espacio entre estos dos objetos, ¿veremos luz en ese vacío?
atarlo todo junto
Perdón por el bloque de texto, pero así es como pensé en este problema.
Así que en conclusión:
¿Puede la fuerza EM ser intercambiada por fotones reales y NO por fotones virtuales?
¿Pueden los fotones virtuales convertirse en fotones reales?
En largas distancias, ¿veremos la radiación de los fotones provenientes de la fuerza electromagnética?
Las partículas virtuales no son reales. Vienen, como he dicho en muchas respuestas en este sitio, de una interpretación ingenua de los diagramas de Feynman que no deben tomarse como una descripción real y exacta de cómo funciona la física.
La descripción real de una interacción en la teoría cuántica de campos es más complicada que "se intercambian fotones". En particular, las "partículas virtuales" son "objetos" perturbativos , ya que están asociadas a líneas en un diagrama de Feynman , que son dispositivos mnemotécnicos para recordar qué integrales se deben tomar de qué manera. No son cómo se define una fuerza en la teoría cuántica de campos, y no su modo fundamental y exacto de transferencia (tal cosa no existe porque la noción cuántica de fuerza no se conecta fácilmente con la noción clásica de fuerza).
Sin embargo, en rangos largos y a bajas energías, podemos recuperar el electromagnetismo clásico y, por ejemplo, la ley de Coulomb de la teoría cuántica de campos (y en particular del diagrama que significa "se intercambia un fotón virtual") como esbozo brevemente en esta respuesta . Por lo tanto, en realidad es perfectamente factible hablar de un "intercambio de fotones virtuales" también a largas distancias, si también se habla de distancias cortas (desaconsejaría usar esta terminología en absoluto). Pero estos todavía son fotones virtuales, no fotones reales, por lo que no verá ninguna radiación, porque nada detectable, hasta donde sabemos, en realidad se "intercambia". Los fotones reales no median la fuerza electromagnética, son luz .
timeo