¿No debería el mar infinito de electrones contribuir a la gravedad?

De acuerdo con mi comprensión de la ecuación de dirac, hay un mar infinito de electrones que ocupan todos los estados de energía negativa, lo que evita que un electrón caiga a estados de energía cada vez más bajos hasta el infinito negativo.

Dado que estos son electrones, obviamente tienen una carga y, por lo tanto, cada electrón se encuentra en el potencial de los demás: esencialmente, hay una cantidad colosal de energía en todo el espacio a partir de estos electrones marinos.

¿No debería esta energía contribuir a la gravedad? Entiendo que la constante cosmológica debe ser la energía presente en todos los puntos del espacio, que hace que el espacio se expanda. ¿Esta energía no haría lo mismo?

Sí, lo hace, y contribuye negativamente. Es por eso que la supersimetría exacta nos daría energía de vacío cero, los fermiones cancelarían los bosones.
El "mar de Dirac" es un concepto obsoleto. Ahora que tenemos una comprensión adecuada de la teoría cuántica de campos, ya no es necesaria. Para ser claros: el paradigma moderno no incluye el mar de Dirac como uno de sus ingredientes. Consulte también physics.stackexchange.com/q/309972/84967 , physics.stackexchange.com/q/315603/84967 .
@AccidentalFourierTransform Como de costumbre, tengo que estar en desacuerdo. El mar de Dirac es una historia perfectamente coherente que proporciona una valiosa intuición. ¡Solo un purista lo rechazaría categóricamente!
@knzhou Eh, nunca dije que fuera inconsistente; solo que es inútil. Y es. No hay un solo concepto que sea más fácil de entender utilizando el mar de Dirac. Todo lo que puedes explicar con él, puedes explicarlo sin él. Y no es un concepto intuitivo/fácil de aceptar, entonces, ¿por qué introducirlo en primer lugar? Como dije, hoy en día no se toma en serio; sigue vivo debido a su importancia histórica.
@knzhou Estoy mayormente de acuerdo con AFT. El Dirac es un concepto útil en la física del estado sólido, porque es una imagen razonablemente precisa de lo que realmente está sucediendo. Pero contrariamente a la tradición popular, los positrones y los huecos de electrones no son equivalentes en el mundo real de la QFT relativista, porque los positrones (presuntamente) contribuyen positivamente al tensor de tensión-energía de la relatividad general, y los huecos contribuyen negativamente (en relación con un mar de Dirac uniforme). fondo).
Otro problema con la historia del mar de Dirac es que los bosones pueden tener antipartículas tan fácilmente como los fermiones, pero el mar de Dirac no puede explicar las antipartículas bosónicas en absoluto.
@tparker En realidad, la historia del mar de Dirac es totalmente diferente en RQFT y en estado sólido. En estado sólido, como dijiste, los huecos son la ausencia de un electrón, y dado que todos los estados electrónicos tienen energía positiva, los huecos tienen energía negativa. Pero en RQFT existen modos de frecuencia negativa (que no existen en estado sólido porque la ecuación de Schrödinger es de primer orden en el tiempo, pero la ecuación de Klein-Gordan es de segundo orden), lo que significa que, en la vieja imagen ingenua, tienen energía negativa. Así que un agujero tiene energía positiva. La similitud entre las dos historias es sólo superficial.
Estoy de acuerdo con @AccidentalFourierTransform en que el mar de Dirac no es necesario: son solo palabras que usarías para arreglar la situación si hicieras la cuantificación ingenuamente. (Básicamente, definimos los operadores de creación y aniquilación hacia atrás por accidente, obtenemos el estado de vacío incorrecto y luego colocamos el mar de Dirac para obtener el vacío correcto). Pero creo que es útil al menos para cierta intuición. ¿Cómo mostrarías intuitivamente que la energía del vacío SUSY se desvanece de otra manera? Y es lo más ingenuo si nunca ha cuantificado un campo fermiónico, por lo que es lo más natural para los principiantes.
@knzhou Bien, supongo que no estoy lo suficientemente familiarizado con la versión relativista del argumento del mar de Dirac para comentar de manera inteligente. Con respecto a su última pregunta, diría que la energía del vacío no tiene contenido físico, por lo que tampoco lo tiene su supuesta desaparición en SUSY. La energía de vacío aparentemente divergente en la teoría del campo escalar libre simplemente resulta de una ambigüedad en el orden de los operadores en el que el hamiltoniano clásico que elige cuantizar, puede establecerlo en cualquier valor que desee (incluido cero) simplemente ordenando los operadores de manera apropiada.
@tparker Tengo que estar en desacuerdo, puedes probar usando solo el álgebra SUSY que la energía del vacío se desvanece. Pero ahora estoy confundido, porque como dijiste, la elección del procedimiento de cuantización afecta la energía del vacío.
Tenga en cuenta que el álgebra SUSY no es invariante bajo H → H + C 1 . Por tanto, al escribir el álgebra ya se está imponiendo un origen energético. En este caso, el origen está en el estado de vacío. Toda prescripción ordenante de los bosones debe ir acompañada de la prescripción correspondiente de los fermiones, pues de lo contrario el "regulador" no respeta SUSY. Por lo tanto, la energía del vacío es insensible a las ambigüedades de orden: cualquiera que sea el orden que elija, el efecto fermiónico cancelará el efecto bosónico, como lo requiere el álgebra SUSY. Si no es así, has roto SUSY.

Respuestas (1)

No confundas modelos con realidad/datos.

La hipótesis de mares infinitos de electrones ha quedado atrás porque se desarrollaron mejores modelos matemáticos, y los problemas de electrones reales en mares infinitos son problemas modelo.

Las soluciones de la ecuación de Dirac nos describieron los fermiones y abrieron el camino hacia la teoría cuántica de campos, que es la herramienta actual para estudiar la física de partículas.

En el modelo estándar de física de partículas , todas las partículas elementales puntuales en la tabla cubren todo el espacio como campos, sobre los cuales actúan los operadores que crean y aniquilan las partículas. Por lo tanto, las partículas masivas cargadas existen solo donde actúan los operadores de creación, el modelo de Dirac no es aplicable. Lo que se mantiene de la ecuación de Dirac es la solución de onda plana para fermiones (el maxwell para fotones,...) que representa el campo cuántico de la partícula en todos los puntos del espacio, es decir, el campo de electrones en su caso.

El valor esperado de vacío para todos estos campos es cero, excepto para el bosón de Higgs.

(Es importante tener en cuenta que este es el marco cuántico, donde las funciones de onda conducen a probabilidades de interacción, no a certezas).

¿Cuál es la razón del voto negativo? me parece razonable...
@IamAStudent si continúa sus estudios en física, se dará cuenta de que hay personas que tienen su propia física en mente, no la corriente principal. Un voto negativo también puede significar que no estoy respondiendo a la pregunta formulada. "Si esto es cierto, ¿no debería serlo?" en una vaga alusión cosmológica. Estoy respondiendo que este modelo ya no es válido, y no me preocupo por las implicaciones cosmológicas.
¿No debería el mar infinito de electrones contribuir a la gravedad?
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