¿La antimateria retrocede en el tiempo?

Que yo sepa, la mayoría de los físicos no creen que la antimateria sea realmente materia que retrocede en el tiempo. Ni siquiera está del todo claro qué significaría realmente retroceder en el tiempo, desde el punto de vista popular.

Si no recuerdo mal, esta idea proviene de una historia que probablemente se originó con Richard Feynman. En ese momento, uno de los grandes enigmas de la física era por qué todas las instancias de una partícula elemental en particular (todos los electrones, por ejemplo) son aparentemente idénticas. Feynman tuvo una idea muy ondulada de que todos los electrones podrían ser, de hecho, el mismo electrón, simplemente rebotando de un lado a otro entre el comienzo y el final de los tiempos. Hasta donde yo sé, esa idea nunca se convirtió en algo matemáticamente fundamentado, pero inspiró a Feynman y a otros a calcular cuáles serían las propiedades de un electrón que se mueve hacia atrás en el tiempo, en cierto sentido preciso que surge de la teoría cuántica de campos. Lo que encontraron fue una partícula que coincidía con las propiedades conocidas del positrón.

Solo para darle una idea aproximada de lo que significa para una partícula "retroceder en el tiempo" en el sentido técnico: en la teoría cuántica de campos, las partículas llevan consigo cantidades de varias cantidades conservadas a medida que se mueven. Estas cantidades pueden incluir energía, impulso, carga eléctrica, "sabor" y otras. A medida que las partículas se mueven, estas cantidades conservadas producen "corrientes", que tienen una dirección basada en el movimiento y el signo de la cantidad conservada. Si aplica el operador de inversión de tiempo (que es un concepto puramente matemático, no algo que realmente invierta el tiempo), invierte la dirección del flujo de corriente, lo que equivale a invertir el signo de la cantidad conservada, por lo tanto (en términos generales) girando la partícula en su antipartícula.

Por ejemplo, considere la corriente eléctrica: surge del movimiento de la carga eléctrica, y la dirección de la corriente es un producto de la dirección del movimiento de la carga y el signo de la carga.

Carga positiva moviéndose hacia la izquierda ($+q\times -v$) es equivalente a una carga negativa moviéndose hacia la derecha ($-q\times +v$). Si tiene una corriente de electrones que se mueve hacia la derecha y aplica el operador de inversión de tiempo, convierte la velocidad hacia la derecha en velocidad hacia la izquierda ($-q\times -v$). Pero obtendría exactamente el mismo resultado convirtiendo los electrones en positrones y dejándolos continuar moviéndose hacia la derecha ($+q\times +v$); de cualquier manera, terminas con el flujo de carga positiva neta moviéndose hacia la derecha.

Por cierto, lectura opcional si te interesa: hay un teorema muy básico (aunque difícil de probar) en la teoría cuántica de campos, el teorema TCP, que dice que si aplicas las tres operaciones de inversión del tiempo, la conjugación de carga (cambiar partículas y antipartículas) e inversión de paridad (espacio de espejo), el resultado debería ser exactamente equivalente a lo que comenzó. Sabemos por datos experimentales que, bajo ciertas circunstancias exóticas, la combinación de conjugación de carga e inversión de paridad no deja todos los procesos físicos sin cambios, lo que significa que lo mismo debe ser cierto para la inversión del tiempo: la física no es invariante ante la inversión del tiempo . Por supuesto, dado que en realidad no podemostiempo inverso, no podemos probar exactamente de qué manera esto es cierto.

La antimateria es , en todos los sentidos precisos y significativos, materia que retrocede en el tiempo. La noción de "retroceder en el tiempo" no tiene sentido en una formulación hamiltoniana, porque toda la descripción solo puede avanzar en el tiempo. Esa es la definición de lo que hace el hamiltoniano: te hace avanzar un poco en el tiempo. Entonces, si formulas la mecánica cuántica de la manera hamiltoniana, esta idea es difícil de entender (todavía se puede hacer: Stueckelberg descubrió esta conexión antes de la integral de trayectoria, cuando los hamiltonianos de campo eran la única herramienta).

Pero en la imagen de la integral de trayectoria de partículas de Feynman, cuando se parametrizan las partículas por su tiempo propio de línea de mundo, y se renuncia a una imagen causal global en favor de partículas que se dividen y se unen, las trayectorias de las partículas son consistentes con la relatividad, pero solo si las trayectorias incluyen retrospectiva. trayectorias en el tiempo, donde el tiempo coordinado marca en el sentido opuesto al tiempo propio.

Visto en el formalismo hamiltoniano, el tiempo coordenado es la única noción de tiempo. Así que esos caminos donde el tiempo correcto pasa en la dirección inversa parecen un tipo diferente de partícula, y estas son las antipartículas.

A veces hay una identificación, de modo que una partícula es su propia antipartícula.

Consecuencia precisa: teorema CPT

El operador "C" cambia todas las partículas a antipartículas, el operador P refleja todas las direcciones espaciales y el operador T refleja todos los movimientos (y lo hace haciendo una conjugación compleja). Es importante entender que T es un operador de estados físicos, no invierte el tiempo de manera abstracta, sino que invierte concretamente todos los momentos y los momentos angulares (un disco giratorio gira hacia el otro lado) para que las cosas retrocedan. El operador de paridad cambia todas las direcciones, pero no los momentos angulares.

El teorema CPT dice que cualquier proceso que involucre materia ocurre exactamente igual cuando se realiza en movimiento inverso, en un espejo, a la antimateria.

El operador CPT nunca es la identidad, salvo en el caso de un campo escalar real. La CPT que actúa sobre un electrón produce un estado de positrón, por ejemplo. La CPT que actúa sobre un fotón produce un fotón que va en la misma dirección con polarización opuesta (si se elige P para reflejar todos los ejes de coordenadas espaciales, esta es una mala convención fuera de las dimensiones 3+1).

Este teorema se demuestra al observar que un operador CPT corresponde a una rotación de 180 grados en la teoría euclidiana, como se describe en Wikipedia.

Consecuencia precisa: cruzar

Cualquier amplitud que involucre partículas A($k_1,k_2,...,k_n$) es analítico en los momentos entrantes y salientes, además de las singularidades de polo y corte provocadas por la producción de estados intermedios. En la teoría de perturbaciones a nivel de árbol, estas amplitudes son analíticas excepto cuando se crean partículas físicas, donde se encuentran los polos. Entonces, las amplitudes de dispersión tienen sentido para cualquier valor complejo de los momentos, ya que dar la vuelta a los polos no es un problema.

En términos de variables de mandelstam para dispersión 2-2, s,t,u (s es la energía CM, t es la transferencia de cantidad de movimiento y u la otra transferencia de cantidad de movimiento, a la otra partícula creada), la amplitud es una función analítica de s y T. Las regiones donde las partículas están en la capa de masa están dadas por el gráfico de mandelstam, y hay tres regiones diferentes, correspondientes a A+B va a C+D, Cbar+B va a Abar+D y A+Dbar va a C +Bbar. Estos tres regímenes están descritos por la misma función exacta de s,t,u, en tres regiones desconectadas.

En términos más estrictos, si comienza con la dispersión pura de partículas y continúa analíticamente las amplitudes con partículas con impulso entrante k (con energía positiva) a k negativas, encontrará la amplitud para el proceso de antipartículas. La amplitud de la antipartícula está determinada únicamente por la continuación analítica de la amplitud de la partícula para la energía-momento invertida.

Esto corresponde a tomar la partícula saliente con energía y cantidad de movimiento positivas, y cambiar la energía y la cantidad de movimiento a valores negativos, de modo que salga por el otro lado con energía negativa. Si identifica las líneas en los diagramas de Feynman con trayectorias de partículas, esta región de la amplitud da la contribución de los caminos que retroceden en el tiempo.

Entonces cruzar es la otra declaración precisa de "Antimateria es materia que retrocede en el tiempo".

Cuadros causales

La noción de retroceder en el tiempo es acausal, lo que significa que se excluye automáticamente en una formulación hamiltoniana. Por esta razón, tomó mucho tiempo para que este enfoque fuera apreciado y aceptado. Stueckelberg propuso esta interpretación de las antipartículas a fines de la década de 1930, pero la presentación de Feynman hizo que se mantuviera.

En los diagramas de Feynman, el futuro no se determina a partir del pasado avanzando paso a paso en el tiempo, se determina trazando las trayectorias de las partículas en tiempo propio. El formalismo del diagrama, por lo tanto, es filosóficamente muy diferente del formalismo de la teoría del campo hamiltoniano, tanto que Feynman estaba algo decepcionado de que fueran equivalentes.

No son tan fácilmente equivalentes cuando vas a la teoría de cuerdas, porque la teoría de cuerdas es una teoría de matriz S formulada completamente en lenguaje Feynman, no en lenguaje hamiltoniano. La formulación hamiltoniana de las cuerdas requiere un corte especial del espacio-tiempo, e incluso entonces es menos clara y elegante que la formulación de Feynman, que es igual de acausal y extraña. Las cuerdas retroceden en el tiempo como lo hacen las partículas, ya que reproducen partículas puntuales a una tensión infinita.

Si filosóficamente no le gustan los formalismos acausales, puede decir (en la teoría de campos) que el formalismo hamiltoniano es fundamental y que cree en el cruce y el CPT, y entonces no tiene que hablar de retroceder en el tiempo. Dado que el cruce y el CPT son las manifestaciones precisas de la afirmación de que la antimateria es materia que retrocede en el tiempo, realmente no estás diciendo nada diferente, excepto filosóficamente. Pero la filosofía motiva el cruce y la CPT.

Esto se refiere a la teoría de Feynman de 1949.

Consulte el texto del vínculo http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/AntiMatter/AntiMatter.html

A partir de ahí: "La teoría de la antimateria de Feynman

En 1949, Richard Feynman ideó otra teoría de la antimateria.

El diagrama de espacio-tiempo para la producción y aniquilación de pares aparece a la derecha. Un electrón viaja desde la parte inferior derecha, interactúa con algo de energía luminosa y comienza a viajar hacia atrás en el tiempo. Un electrón que viaja hacia atrás en el tiempo es lo que llamamos un positrón. En el diagrama, el electrón que viaja hacia atrás en el tiempo interactúa con alguna otra energía luminosa y comienza a viajar hacia adelante en el tiempo nuevamente. Tenga en cuenta que en todo, sólo hay un electrón.

Un amigo mío encuentra aterradora la imagen de un electrón viajando hacia atrás en el tiempo, interpretado por nosotros como un positrón.

Feynman en su artículo original proponiendo esta teoría escribió:

"Es como si un bombardero que volaba a baja altura sobre una carretera de repente viera tres carreteras y solo cuando dos de ellas se juntan y desaparecen de nuevo se da cuenta de que simplemente ha pasado por un largo zigzag en una sola carretera". (Revisión física 76, (1949), 749.)

Tenga en cuenta que la teoría de Feynman es otro eco del hecho, mencionado anteriormente, de que un objeto cargado negativamente que se mueve de izquierda a derecha en un campo magnético tiene la misma curvatura que un objeto positivo que se mueve de derecha a izquierda.

La teoría de Feynman es matemáticamente equivalente a la de Dirac, aunque las interpretaciones son bastante diferentes. El formalismo que usa un físico cuando trata con la antimateria suele ser una cuestión de qué forma tiene la estructura más simple para el problema particular que se está resolviendo.

Tenga en cuenta que en la teoría de Feynman, no hay producción ni aniquilación de pares. En cambio, el electrón solo interactúa con la radiación electromagnética, es decir, la luz. Así, todo el proceso es sólo otro aspecto del hecho de que las cargas eléctricas aceleradas irradian campos eléctricos y magnéticos; aquí el proceso de radiación es lo suficientemente violento como para invertir la dirección del viaje del electrón en el tiempo.

Nambu comentó sobre la teoría de Feynman en 1950:

“El tiempo mismo pierde sentido como indicador del desarrollo de los fenómenos; hay partículas que fluyen tanto hacia abajo como hacia arriba en la corriente del tiempo; la eventual creación y aniquilación de pares que pueden ocurrir de vez en cuando no es creación o aniquilación, sino sólo un cambio de dirección de las partículas en movimiento, del pasado al futuro, o del futuro al pasado". (Progreso en Física Teórica 5, (1950) 82).

Acerca de las descripciones formalmente equivalentes..."

Luego mezcla otro problema muy interesante, a saber, el origen de la aparente asimetría entre materia y antimateria en el universo observable (ausencia observada de radiación de aniquilación excepto en circunstancias especiales) y señala que puede estar relacionado con un problema muy, muy difícil, a saber El origen de la asimetría temporal. Un problema a la vez, por favor. Tal vez preguntas separadas, pero las respuestas probablemente estarán más o menos fuera de su cabeza ya que, en la medida en que se entiendan aunque sea parcialmente, todavía se están descifrando.

Hay una inexactitud técnica al decir que la antimateria retrocede en el tiempo (lo que sea que signifique). En la teoría cuántica de campos obtenemos soluciones de energía positiva (partículas habituales) y soluciones de energía negativa. Las soluciones de energía negativa se comportan en el tiempo como si se estuvieran propagando hacia atrás en el tiempo. Pero no son las antipartículas, son simplemente las "partículas de energía negativa". Las antipartículas son soluciones de energía positiva y se obtienen actuando con el operador de conjugación de carga sobre las soluciones de energía negativa. Entonces, las antipartículas avanzan en el tiempo, como las partículas habituales.

Antimateria es un término tan engañoso. No es lo contrario de la materia "real". Se hace cada vez que se hacen partículas. Pero es sólo una función de la conservación de las propiedades. Es como decir que cuando una partícula que va a la izquierda en la producción de pares retrocederá en el tiempo, pero la que va a la derecha va hacia adelante.

La antimateria y la materia se aniquilan por razones similares. Una partícula cargada negativamente que interactúa con una positiva no puede tener carga. Así que... ¡Boom! Se van y, por lo general, sale un fotón (esto es muy simplista, pero esa es la raíz del problema).

Si llamáramos a la antimateria "materia de carga opuesta" nadie pensaría que es tan especial.

Sí. Según el teorema CPT, la antimateria es materia que retrocede en el tiempo, pero cuando se ve a través de un espejo. Corrígeme si me equivoco.

En resumen, no. No hay nada al revés en la antimateria.

Las formas de letras latinas by dson imágenes especulares entre sí. Es correcto decir que bes una imagen especular de d, y decir que des una imagen especular de b. Está mal decir que uno de ellos es la imagen del espejo, o que uno de ellos está al revés. Están relacionados por una simetría, pero la relación es, en sí misma, simétrica.

Los muones y los antimuones están relacionados por la simetría CPT, y esa simetría incluye la inversión del tiempo, por lo que, en cierto sentido, son inversiones temporales entre sí. Pero ninguno es el inverso.

"Anti-" en la física de partículas es como el anti- en el sentido contrario a las agujas del reloj, no el anti- en antibacteriano. No significa que la cosa nombrada tenga una propiedad intrínseca de antigüedad. Es solo una forma de evitar inventar nuevos nombres para los reflejos de las cosas que ya tienen nombres.

No solo las partículas con "anti" en su nombre no retroceden en el tiempo, "retroceder en el tiempo" ni siquiera tiene sentido. "Ir hacia atrás" es una descripción del movimiento. El movimiento se produce con el tiempo. Retroceder en el tiempo significaría que estás en tiempos anteriores en tiempos posteriores.

En la ficción de viajes en el tiempo, retroceder en el tiempo significa que el tiempo psicológico del protagonista se invierte en relación con el de todos los demás. Las partículas no tienen tiempo psicológico. Podría llevar esto al ámbito de la física reemplazando el tiempo psicológico con el tiempo termodinámico, es decir, la dirección en la que aumenta la entropía. Entonces se puede verificar experimentalmente si las partículas con "anti" en sus nombres tienen una flecha de tiempo termodinámica invertida en relación con otras partículas, y el resultado empírico es que no es así. Un antimuon generalmente se desintegra en un positrón, neutrino y antineutrino. Por lo general, no se forma espontáneamente a partir de un positrón, un neutrino y un antineutrino que convergen en un punto con intención aparente.

No es realmente que las antipartículas viajen hacia atrás en el tiempo. Pero matemáticamente hablando, una antipartícula que viaja hacia adelante en el tiempo es indistinguible de la partícula correspondiente que viaja hacia atrás en el tiempo. Son simplemente formas diferentes de entender una misma situación física.

No. Si la antimateria retrocede en el tiempo, ¿adónde fue al principio de los tiempos (si es que realmente hay un principio de los tiempos)?

He estado investigando si los taquiones más rápidos que la velocidad de la luz son solo una ilusión de perspectiva. Usé un enfoque hipotético que evita romper tanto el límite de la velocidad de la luz como la causalidad. Una de las soluciones que obtuve es que la antimateria son los taquiones. Por lo tanto, es muy divertido encontrar esta pregunta aquí, respaldada por tantas buenas respuestas.

De hecho, parece que la antimateria está retrocediendo en el tiempo y, según mi investigación, podría afirmarlo con mayor precisión: las partículas de antimateria llevan una flecha invertida del tiempo.

La razón por la cual la materia y la antimateria no pueden coexistir parece ser porque tienen flechas del tiempo dirigidas de manera opuesta, y al interactuar se aniquilarán nuevamente en energía. Podríamos decirlo tan simple que ese tiempo mismo anula ambas partículas y ambas se disuelven en energía pura.

Se dice que un taquión tiene una velocidad mayor que la velocidad de la luz, y luego, de acuerdo con la relatividad especial, tiene un viaje en el tiempo más rápido que la luz . Cada taquión viaja constantemente hacia atrás en el tiempo. Y a medida que nuestra flecha del tiempo se propaga hacia adelante en el tiempo, la flecha del tiempo de los taquiones se propaga hacia atrás en el tiempo. Normalmente, no deberíamos poder observar los taquiones, ya que están en una perspectiva de tiempo opuesta con una flecha de tiempo invertida.

Esto me llevó a preguntarme si podría haber simetría temporal en el universo, donde los taquiones existen en una perspectiva temporal hacia atrás, mientras que nosotros existimos en una perspectiva temporal hacia adelante. Dos perspectivas del espacio-tiempo con flechas de tiempo dirigidas de manera opuesta. Con tal simetría temporal, un taquión con velocidad infinita en realidad no tendrá una velocidad infinita, ya que esto es solo una ilusión de perspectiva, en cambio, en el tiempo inverso, un taquión tendrá lo opuesto a la velocidad infinita, que es estar en reposo. Y la teoría de los taquiones ya establece que un taquión con velocidad infinita tiene energía como si estuviera en reposo.La teoría del taquión también establece que un taquión gana energía a medida que desacelera hacia el límite de la velocidad de la luz, pero visto desde una perspectiva de tiempo inverso, el taquión en realidad gana energía a medida que acelera hacia el límite de la velocidad de la luz, que es como las partículas normales en nuestro tiempo. perspectiva.

Entonces, las velocidades calculadas más rápidas que la luz de los taquiones podrían ser una ilusión de perspectiva. La masa imaginaria del taquión, que es el resultado de una velocidad superior a la de la luz, es también una ilusión de perspectiva. Y los taquiones tampoco rompen la causalidad, ya que la causa sucede antes que el efecto en su perspectiva temporal invertida. Al agregar tiempo simétrico a la supersimetría, parece que los problemas físicos de los taquiones obtienen soluciones.

Si un taquión, de alguna manera, entra en nuestra realidad observable, es probable que tenga una velocidad correspondiente a la velocidad que tenía en el tiempo inverso. También llevará consigo una flecha del tiempo invertida, y no podrá entonces coexistir con las partículas de esta perspectiva temporal opuesta. Si dos partículas de tiempo opuestas se encuentran, el tiempo se anulará y ambas se transformarán en energía pura. Fue entonces cuando me di cuenta, ¿qué pasa si las partículas de tiempo invertido en realidad son partículas de antimateria? No sabía mucho sobre antimateria, así que busqué en Google antimateria y tiempo atrás, y encontré esta pregunta, donde muchas respuestas sugieren que existe una relación. ¡Gran diversión!

Y si existe una gran cantidad de antimateria de taquiones en una perspectiva de tiempo invertido, eso también podría resolver el problema de asimetría de la antimateria.

También es fascinante cómo podrían interactuar estas perspectivas temporales opuestas. La velocidad instantánea del enlace cuántico, medida para estar cerca de la velocidad infinita , también podría ser, por ejemplo, una ilusión de tiempo invertido. Pero la interacción entre las dos perspectivas temporales, si es posible, también puede crear problemas de causalidad.

Entonces, este enfoque hipotético parece tener algún sentido y no parece estar en conflicto con la física. Solo tenemos que agregar tiempo simétrico a la supersimetría, para que todo pueda volverse más simétrico. Puede haber algún conflicto con algunas teorías, como la teoría del Big Bang, que nuevamente tiene problemas para explicar la asimetría de la antimateria. Con el tiempo simétrico, incluso podría existir la posibilidad de que el Big Bang suceda todo el tiempo, cuando la energía se transforma en materia y antimateria, que terminan en sus perspectivas opuestas de tiempo. Eso podría explicar nuevamente por qué el universo se está expandiendo con una velocidad acelerada.

También podríamos preguntarnos si la materia que entra en un agujero de gusano podría convertirse en antimateria. Como en un agujero de gusano unidireccional, obtenemos un viaje en el tiempo más rápido que la luz, lo que cambia la dirección de la flecha del tiempo para la materia, lo que puede hacer que la materia se convierta en energía pura y luego en antimateria. Lo que sale de tal agujero de gusano a través de un agujero blanco podría ser principalmente antimateria y/o energía pura. Tal vez incluso podamos hablar de una especie de espectro de la materia, yendo entre la materia, la energía pura y la antimateria.

Entonces, hay muchas posibilidades aquí para dejarse llevar por la emoción, como si pudiéramos agregar tiempo simétrico a la supersimetría, esto podría abrir una vía completamente nueva de física, donde podríamos encontrar respuestas a muchos problemas de física y obtener una comprensión más fundamental de nuestra realidad.

Podría reducirse a la definición de tiempo.

Por ejemplo, si el tiempo es una medida de cambio, según esa definición para una partícula que solo tiene propiedades constantes, incluidas la posición y la velocidad, el tiempo se ha detenido, lo que no se puede lograr físicamente debido al principio de incertidumbre de Heisenberg.

Según esa misma definición, una partícula que evoluciona de cierta manera en el espacio-tiempo estaría "viajando hacia adelante en el tiempo". Y la misma partícula que evoluciona de cierta manera pero "hacia atrás" en el espacio-tiempo estaría "viajando hacia atrás en el tiempo".

por ejemplo, a medida que crecemos, maduramos de un bebé a un niño, a un adolescente y, finalmente, a un adulto o, dicho con amabilidad, evolucionamos a lo largo de los años de un bebé a un adulto adulto. Entonces, "viajar hacia atrás en el tiempo" sería un adulto completamente desarrollado que se convierte en un bebé, como mirar un video al revés. Esto haría que viajar hacia atrás en el tiempo fuera imposible para los humanos, pero no para las partículas.

Dicho esto, si esa definición fuera cierta, estaríamos observando efectos de dilatación del tiempo cerca del cero absoluto del que aún no he oído hablar.