Un poco de historia ayuda a enmarcar esta pregunta. La pregunta en sí está en la última oración.
Para su tesis doctoral, Richard Feynman y su asesor de tesis, John Archibald Wheeler, idearon un enfoque asombrosamente extraño para explicar las interacciones electrón-electrón sin usar un campo. Su solución fue tomar la solución de onda retardada de todos los días a las ecuaciones de Maxwell y mezclarla 50/50 con la solución avanzada (hacia atrás en el tiempo) que hasta entonces siempre había sido descartada por violar "obviamente" la causalidad temporal. En una serie de artículos demostraron que este no era el caso, y que el retroceso de un electrón cuando emite un fotón podría explicarse consistentemente como el resultado de un fotón avanzado que viaja hacia atrás en el tiempo e impacta al electrón al mismo tiempo. Instante en el que el electrón emite un fotón hacia adelante en el tiempo.
Mientras que las ideas de la tesis de Feynman influyeron profundamente en su desarrollo posterior de QED, por ejemplo, en la interpretación retrospectiva de QED de los electrones de antimateria (positrones). Más tarde, Feynman, en una carta a Wheeler, se retractó de la famosa idea (bueno, famosa para algunos de nosotros) de la idea específica de los fotones emparejados que viajan hacia adelante y hacia atrás en el tiempo. La razón específica de Feynman para abandonar la premisa de su tesis fue la polarización del vacío, que no puede explicarse mediante interacciones directas de electrón a electrón. (Sin embargo, QED acomoda fácilmente la polarización de vacío).
El abandono de Feynman del esquema original de fotones retardados/avanzados de Feynman/Wheeler siempre me ha preocupado. La razón es la siguiente: si su idea original era completamente inválida, la probabilidad desde una perspectiva de correlación de información de que la idea condujera a predicciones precisas de cómo opera la física debería haber sido muy pequeña. En cambio, su combinación extrañamente arbitraria 50/50 de ondas reales y ondas hipotéticas hacia atrás en el tiempo casifunciona, todo el camino hasta las escalas de longitud de minutos en las que la polarización del vacío se vuelve significativa. Una analogía es que el esquema de Feynman/Wheeler se comporta como una simetría matemática ligeramente rota, que describe correctamente la realidad en casi todo el rango de fenómenos a los que se aplica, pero luego se rompe en uno de los extremos de su rango.
Mi pregunta, finalmente, es esta: ¿Existe una explicación conceptual clara, tal vez en la descripción QED de la polarización del vacío, por ejemplo, de por qué el modelo Feynman/Wheeler retardado/avanzado de fotones emparejados que viajan en dos direcciones en el tiempo proporciona un modelo preciso de realidad en general, a pesar de ser incorrecta cuando se aplica a distancias muy cortas?
Anexo 2012-05-30
Si entendí a @RonMaimon correctamente, y ciertamente todavía no entiendo completamente la parte de la matriz S de su respuesta, su respuesta central a mi pregunta es simple y muy satisfactoria: Feynman no abandonó el esquema hacia atrás y hacia adelante. en absoluto, sino que abandonó la idea experimentalmente incorrecta de que un electrón no puede interactuar consigo mismo. Por lo tanto, su objeción a Wheeler quizás podría parafrasearse de una forma más optimista en algo más parecido a esto: "La polarización del vacío muestra que el electrón sí interactúa consigo mismo, así que me equivoqué al respecto. Pero todo tu ir y venir en La idea del tiempo funciona muy bien, obtuve un Premio Nobel por ella, ¡así que gracias por orientarme en esa dirección!"
Respuesta a Ron, y mi agradecimiento.
La principal idea importante de la teoría de Feynman Wheeler es utilizar propagadores que no sean causales, que puedan avanzar y retroceder en el tiempo. Esto no tiene sentido en el marco hamiltoniano, ya que el negocio de retroceder en el tiempo requiere un formalismo que no es pasar rígidamente de un paso a otro. Una vez que renuncies a un hamiltoniano, también puedes pedir que el formalismo sea manifiestamente relativistamente invariante. Esto llevó a Feynman al formalismo lagrangiano y a la integral de trayectoria.
La única razón por la que la idea de Feynman Wheeler no funciona es simplemente por la idea arbitraria de que un electrón no actúa sobre sí mismo , y esto es una tontería. ¿Por qué un electrón no puede emitir y luego absorber el mismo fotón? Prohibir esto es ridículo y crea una teoría sin sentido. Por eso Feynman dice que abandona la teoría. Pero esta fue la idea motivadora --- deshacerse del infinito clásico al prohibir la auto-interacción. Pero el resultado fue mucho más profundo que la idea motivadora.
Feynman nunca abandona el propagador no causal, esto es esencial para la imagen de partículas invariantes que crea más tarde. Pero más tarde, hace un propagador no causal similar para electrones y descubre cómo acoplar los electrones cuánticos al fotón sin usar campos locales explícitamente, más allá de acertar con el límite clásico. Este es un gran tour-de-force, ya que esencialmente deriva QED del requisito de invariancia relativista, unitaridad, el giro del fotón y el electrón, más invariancia de calibre/acoplamiento mínimo (lo que hoy llamaríamos el requisito de renormalizabilidad). ). Estos argumentos se han simplificado y ampliado desde que Weiberg derivó una teoría cuántica de campos a partir de la unitaridad, la invariancia relativista, más un postulado sobre un pequeño número de partículas fundamentales con un giro dado <1.
En el formalismo moderno completo de Feynman, los propagadores aún avanzan y retroceden en el tiempo al igual que el fotón en Wheeler-Feynman, la antipartícula retrocede y la partícula avanza (el fotón es su propia antipartícula). Feynman pasa por alto un poco la motivación original de estos descubrimientos, provienen del enfoque de Wheeler en la matriz S como el observable físico correcto. Wheeler descubrió la matriz S en 1938 y siempre enfatizó los cálculos centrados en la matriz S. Feynman nunca estuvo tan entusiasmado con la matriz S, y se convirtió en un defensor de los campos locales al estilo de Schwinger, una vez que entendió que la imagen de la partícula y el campo son complementarias. Sintió que el enfoque en S-matrix lo hizo trabajar mucho más de lo necesario,
Entonces, la única parte de Wheeler-Feynman que Feynman abandonó es la idea de que las partículas no interactúan entre sí. Aparte de eso, el formalismo de Feynman para QED es matemáticamente idéntico al formalismo de Wheeler-Feynman para la electrodinámica clásica, excepto que está muy expandido y es correctamente cuántico. Si Feynman no hubiera comenzado con la propagación hacia atrás en el tiempo, no está claro que el resto hubiera sido tan fácil de formular. El juego matemático con los propagadores no causales produjo el avance necesario.
Cabe señalar que Schwinger también tenía los mismos propagadores no causales, que explícitamente parametrizó mediante el tiempo propio de la partícula. A él llegó por otro camino, desde campos locales. Sin embargo, ambos fueron recogidos por Stueckelberg, quien fue el verdadero padre de los métodos modernos, y quien fue descuidado sin una buena razón. Stueckelberg también estaba trabajando con campos locales. Fue solo Feynman, siguiendo a Wheeler, quien derivó esto esencialmente de una imagen de matriz S pura, y la equivalencia del resultado con los campos locales hizo que él y muchos otros estuvieran seguros de que la matriz S y los campos locales son simplemente dos formas complementarias de describir la teoría relativista. física cuántica.
Esto no es cierto, como muestra la teoría de cuerdas. Hay teorías puras de matriz S que no son equivalentes a los campos cuánticos locales. Feynman se mostró escéptico con las cuerdas, porque eran S-matrix, y no le gustaba S-matrix, ya que había sido quemado de esta manera.
Basado en las memorias de Feynman y Wheeler:
Originalmente, Feynman estaba motivado para producir una teoría de EM sin los infinitos de la autointeracción, pero luego necesitaba un mecanismo para reproducir la reacción de radiación, la pérdida de energía de un electrón acelerado. Pensó que un electrón cercano podría reaccionar de forma inversa para lograr el efecto, pero su asesor Wheeler señaló los problemas con esa idea (retraso de tiempo, atenuación, etc.)
Sin embargo, Wheeler sugirió que, si se tomaban en serio las soluciones de ondas avanzadas y retardadas de las ecuaciones de Maxwell, entonces se debía tener en cuenta "la presencia en el universo de un número casi infinito de otros objetos que contienen carga eléctrica, todos los cuales puede participar en una gran sinfonía de absorción y reemisión de señales que avanzan y retroceden en el tiempo". (Se puede decir que es la prosa de Wheeler, ¿verdad?)
Asi que,
Creo que Wheeler diría que es "extrañamente arbitrario" incluir solo las soluciones retardadas: dado que las ondas avanzadas también son soluciones perfectamente buenas de las ecuaciones, una división 50/50 es la elección natural.
[Estoy desconcertado de que Wheeler estaba siguiendo una teoría sin campos (sin grados de libertad EM), y aún así trabajando con las ecuaciones de Maxwell. Feynman, por otro lado, solo menciona perder las infinitas interacciones con uno mismo como motivación.]
Raskolnikov
Juanrga
Stéphane Rollandin
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terry bollinger
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