Incertidumbre energética de Heisenberg [duplicado]

Soy biólogo y soy nuevo en el campo de la mecánica cuántica y trato de entender el tema leyendo. Se dice que las partículas virtuales se crean debido a la incertidumbre de la energía cuando se considera un par conjugado de tiempo y energía. Lo que lleva a violar el principio de conservación de energía temporalmente. Pero, ¿cómo una gran incertidumbre en la energía crea partículas virtuales? ¿Cómo podría violar el principio de conservación de la energía?

Respuestas (3)

Esta es una excelente pregunta, que demostró claramente la mentira perpetuada por mucha gente, que la relación Energía-tiempo incertidumbre tiene el mismo significado que la relación impulso-posición incertidumbre.

En primer lugar, no hay incertidumbre de energía y tiempo. Recuerde que el principio de incertidumbre para los operadores A ^ y B ^ tener la forma

σ A σ B ≥ | 1 2 i ⟨ [ A ^ , B ^ ] ⟩ | = 1 2 | ⟨ [ A ^ , B ^ ] ⟩ |

Ahora bien, no existe un operador de "tiempo" en la mecánica cuántica, por lo que no tiene ningún sentido hablar de la incertidumbre del "tiempo". Lo mejor que puede hacer es lo siguiente para un operador independiente del tiempo q ^ :

Δ H ^ Δ t ≥ ℏ 2 , Δ t ≡ Δ q ^ | d ⟨ q ^ ⟩ d t |

y esto es lo que la gente quiere decir cuando habla de la incertidumbre Energía-tiempo. Como puedes ver Δ t realmente no tiene nada que ver con la "incertidumbre en el tiempo", sino que, en términos generales, le dice qué tan grande es la incertidumbre de un operador en comparación con la variación de su valor esperado.

Lo segundo que debes saber es que las partículas virtuales tampoco existen. Son esencialmente herramientas de cálculo que se utilizan para la teoría de perturbaciones. La idea de que dos electrones se ven, "lanzan" un "fotón virtual" y por lo tanto se repelen es atroz. Esta visión proviene de la sobreinterpretación de los diagramas de Feynman, que son esencialmente imágenes que simplifican los cálculos combinatorios en la teoría de perturbaciones. Hay un hermoso episodio de BPS Spacetime sobre partículas virtuales, si quieres aprender más sobre partículas virtuales.

Sin embargo, el resultado es que la afirmación de que "las partículas virtuales rompen la conservación de la energía durante un tiempo muy corto debido al principio de incertidumbre de energía-tiempo" carece de significado, ya que no hay partículas virtuales ni principio de incertidumbre de energía-tiempo.

"Esta es una pregunta excelente, que demostró claramente la mentira perpetuada por mucha gente, que la relación entre la incertidumbre del tiempo y la energía tiene el mismo significado que la relación entre la incertidumbre del impulso y la posición". Gracias por esto. Una de mis manías favoritas de la física.
Esta es una respuesta genial. @Gonenc, gracias por tomarse el tiempo para responder a mi pregunta. Honestamente, cuando leí por primera vez sobre el par de incertidumbre energía-tiempo, eso no tenía ningún sentido para mí. Entendí el concepto de incertidumbre de la posición del impulso, pero relacionar la incertidumbre de la energía del tiempo no tenía ningún sentido para mí. Mi primera impresión fue que bueno, la incertidumbre del tiempo debería ser cuánto estamos lejos del valor esperado. Creo que lo que entendí fue correcto aunque la lectura adicional me confundió.
En realidad, estaba desafiando mi propia idea ya que no soy un gran cerebro de física. De todos modos gracias por la explicación.
@AaronStevens Sí, si tengo que clasificar las cosas en física que encuentro molestas, "Et relación de incertidumbre = relación de incertidumbre xp" claramente se acercaría a la cima. Lamentablemente, no culpo a nadie (especialmente a los legos, aunque los físicos deberían saberlo mejor), que creen en esta afirmación, ya que incluso en una clase de física de física de partículas se hizo esta afirmación.
por supuesto, existe la interpretación de Δ t como la incertidumbre de la vida útil del estado que se utiliza para tomar el promedio ⟨ q ⟩ y desviaciones estándar.
Sus objeciones parecen demasiado simplificadas y, en última instancia, discutibles. Por ejemplo, vea esto: arxiv.org/pdf/quant-ph/0105049.pdf

Las partículas virtuales, como dice Gonenc Mogol, no son partículas, son marcadores de posición para los números cuánticos en las integrales necesarias para calcular las probabilidades de interacción de las entidades mecánicas cuánticas.

He aquí un ejemplo práctico:

eemumu

La partícula virtual está etiquetada como fotón, pero en realidad es un marcador de posición para los números cuánticos de fotones dentro de una integral sobre las variables que se muestran en el gráfico, lo que significa que el fotón está fuera de la capa de masa y la masa varía dentro de la integración. lo que dará números reales (tenga en cuenta los números imaginarios) para compararlos con el experimento. El enlace da detalles. Lo que se puede medir son los cuatro vectores de partículas de entrada y los cuatro vectores de partículas de salida, las líneas internas, como el γ aquí, no son accesibles a la medición.

La popularización de este concepto matemático crea la confusión sobre las incertidumbres y la conservación de la energía. Para tener "partículas" virtuales, siempre debe haber una entrada de energía real por parte de las partículas reales entrantes y una salida de energía real por parte de las partículas reales salientes. En el medio están las matemáticas y las malas interpretaciones de las manos.

Gracias por el comentario. ¿Quiso decir líneas internas o líneas inclinadas?
interno, como el γ en el diagrama. se conecta a las piernas externas a través de un vértice
Gracias por tomarse el tiempo para responder a mi pregunta. Pero estoy un poco confundido ahora. Según esta teoría, el fotón es la partícula virtual. ¿Y cómo entra en juego el positrón? porque aparece Entonces, ¿por qué decimos que las partículas virtuales están compensadas?
@Kosala Cómo surgen los diagramas de Feynamn del formalismo QFT es realmente esotérico para la mayoría de las personas y utiliza maquinaria relativamente pesada. Así que piense en las "partículas virtuales" como un truco matemático y no como parte de la realidad.
Kosala, este es un ejemplo de cómo calculamos números reales para compararlos con el experimento. El experimento que se describe en este diagrama en particular es la dispersión de e+ en e- , dos haces en un colisionador de partículas, para dar un m + m − la energía del muón y el momento medidos en los detectores del experimento. La teoría es la teoría cuántica de campos y da una receta para obtener los números para compararlos con experimentos usando diagramas de Feynman como una herramienta para una fácil organización matemática.
. Las líneas internas virtuales aparecen debido a la necesidad de conservar los números cuánticos y otras leyes de conservación, etiquetando las funciones que afectan la integración con el término "virtual" para dejar claro que están fuera de la capa de masa, en el caso de arriba la masa no es cero sino que varía según a la función mostrada.

Realmente depende de lo que entiendas por conservación de la energía. La idea clásica es que la energía total es constante en todo momento. Sin embargo, una vez que se descubrió la mecánica cuántica, la gente se dio cuenta de que nuestra idea clásica de conversación de energía es en realidad solo una aproximación del principio de conservación cuántica. En la mecánica cuántica, la conservación de la energía es una declaración sobre el valor esperado (piense en el valor promedio) de la energía; dice que el valor esperado de la energía no cambia. Las fluctuaciones cuánticas en la energía se cancelan con el tiempo, por lo que la energía promedio de un sistema aislado nunca cambia.

Efectivamente, los físicos reformularon su idea sobre la conservación de la energía para estar de acuerdo con la mecánica cuántica, porque encontraron que la noción clásica se rompe.

En cuanto a cómo se crean las partículas virtuales, no estoy exactamente seguro. Alguien que esté más familiarizado con QFT probablemente pueda responder.

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