¿Por qué los efectos cuánticos no invalidan la velocidad de la barrera de luz?

Mientras prueba que ninguna materia puede alcanzar la velocidad de la luz (un hecho que yo llamo la barrera de la energía cinética), Einstein utiliza el hecho de que puede calcular la velocidad y la posición de un electrón. Sin embargo, si se aplican los efectos cuánticos, entonces parece crear un problema en las propias suposiciones de Einstein. ¿Cómo es cierta la prueba de la barrera de energía cinética a pesar de que existen efectos cuánticos en la naturaleza?

Relacionado: physics.stackexchange.com/q/6202/2451 y enlaces allí.
¡Hola, Nikhil, y bienvenido a Physics Stack Exchange! Edité su pregunta por un par de razones: (1) En realidad eran dos preguntas en una, y generalmente preferimos que se hagan preguntas separadas en sus propias publicaciones separadas; (2) la primera parte de su pregunta ya fue cubierta por los vinculados por Qmechanic y voix. En lugar de cerrar esto como un duplicado, pensé que solo haría esta publicación sobre lo cuántico. Si después de leer las preguntas vinculadas todavía está confundido acerca de cómo los fotones pueden viajar a la velocidad de la luz, puede publicar una nueva pregunta al respecto.
Me quedé atascado en este punto: no hay límite para la energía cinética que puede tener un objeto, sino que su energía cinética va al infinito a medida que su velocidad va a c.
@David: ¡Tu edición fue tan torpe que cambiaste el significado de la pregunta! Tal como estaba, era un duplicado de "¿Cómo puede un fotón no tener masa y aun así viajar a la velocidad de la luz?". Respondí la pregunta modificada.
@Ron: sí, en este caso eso es exactamente lo que quise hacer. Tal como estaba, la pregunta era parcialmente un duplicado de la otra, pero tenía otra parte que no era un duplicado. Entonces, en lugar de cerrarlo por completo, simplemente eliminé la parte que era un duplicado. (También sé que "velocidad de la barrera de la luz" es el término común, pero opté por conservar la redacción de nikhil de "barrera de energía cinética" porque no pensé que hiciera la pregunta menos comprensible. Pero esa es una buena edición para hacer. )

Respuestas (2)

Ya está bien establecido que la velocidad de la barrera de la luz no se aplica a las partículas cuánticas, y esta propiedad hace que la construcción de teorías cuánticas relativistas de campos y otros sistemas cuánticos relativistas estén fuertemente restringidas. El argumento de que no puedes transmitir señales más rápido que la luz está bien, pero las partículas no son necesariamente señales, porque si haces una partícula aquí y mides una partícula allá, es posible que no estés midiendo la partícula que creaste, sino otra. partícula idéntica que creaste del vacío.

Así que la teoría del campo relativista, con sus partículas más rápidas que la luz, requiere que no haya partículas únicas, que todas las partículas tengan copias idénticas. Además, el movimiento más rápido que la luz puede retroceder en el tiempo en diferentes marcos, y el movimiento retroceder en el tiempo significa que cada partícula debe tener un compañero retrospectivo, llamado su antipartícula.

El campo cuántico restaura la localidad. Entonces, aunque las partículas cuánticas pueden propagarse más rápido que la luz, la información no puede propagarse más rápido que la luz. Los campos cuánticos son las cantidades que te dicen qué información puedes obtener localmente mediante experimentos. Las partículas en una formulación hamiltoniana no están relacionadas localmente con los campos cuánticos (pero las dos están relacionadas más simplemente en una formulación integral de trayectoria de partículas).

La prueba de que las partículas cuánticas no pueden restringirse a menos de la velocidad de la luz es simple: la restricción de que la energía es positiva significa que la frecuencia es positiva, mientras que la restricción a la propagación directa dentro del cono de luz significa que el propagador desaparece fuera del futuro cono de luz, tan en particular, en el pasado. y no hay función que desaparezca en un semiplano cuya transformada de Fourier también desaparezca en una gran región ilimitada como esta. Esto está cubierto en esta respuesta: la causalidad y las antipartículas.

Suponiendo una configuración confiable, usando un gatillo enredado, puedo estar seguro de que el gato de Schrödinger está muerto antes de que la luz de su cadáver me alcance.
Sin embargo, creo que cuando las personas tienen en mente la "violación de la barrera de la velocidad de la luz", se refieren específicamente a la transmisión de información e influencias causales (o algo equivalente) a la región "otra parte" de un evento.
QFT, como usted dice, no permite esto, incluso si algunos procesos no observables pueden interpretarse como "ir más rápido que la luz".

Es necesario que la velocidad de la luz sea invariable para que haya "efectos cuánticos" (si con eso te refieres a fenómenos probabilísticos).

Dado que la velocidad de la luz es invariable, fijada a una tasa de 1 l p por 1 t p, y no es posible realizar mediciones por debajo de la escala de Planck, cualquier velocidad menor que c debe describirse como una probabilidad en esa escala.

Incluso si traza la posición de un frente de onda como suavemente continuo independientemente de la escala, cuando superponga la trayectoria suave de ese frente de onda en papel cuadriculado tomando cada cuadrado como 1 l p por 1 t p, ya que la pendiente de la trayectoria es la velocidad , a velocidades por debajo de c habrá cada vez más casos en los que dos o más pasos consecutivos hacia adelante en el tiempo pueden caer entre dos pasos consecutivos hacia adelante en la distancia.

Alicia, sin saber el estado inicial del sistema, al observar la partícula en un punto determinado, aunque conociera su velocidad, nunca podría saber con certeza dónde estaría la partícula en el próximo tiempo de Planck, porque siempre habría Sea una probabilidad menor al 100% que la partícula se mueva 1 l p con respecto a su marco de referencia.

Teniendo en cuenta eso, parece que la invariancia de c es de hecho lo que obliga a las velocidades más lentas que c a expresarse como probabilidades en la escala por debajo de la cual la observación teóricamente no puede distinguir las diferencias. Quizás esto parezca un argumento circular, pero considere que si la velocidad máxima posible ( c ) pudiera cambiar, entonces la longitud de Planck también cambiaría.

Con respecto a la otra respuesta que dice que las partículas cuánticas pueden ir más rápido que la velocidad de la luz, no estoy seguro de cuán útil es esa respuesta, incluso si es cierta, porque una "partícula cuántica" que se mueve más rápido que la luz no está en la misma categoría de cosas. como todo lo demás que pensamos como una "partícula". Además, a la luz del trabajo de Joy Christian y John Bush, et al., parece haber cierto debate sobre si la interpretación de QM representa con precisión lo que realmente sucede detrás de escena. Aunque no hay duda en cuanto a la precisión predictiva de QM, la imagen cosmológica que pinta no está científicamente probada de la misma manera que la velocidad de la luz.

Si nos limitamos solo a una discusión sobre lo que es directamente observable y lo que realmente constituye "información", creo que podemos evitar cierta confusión semántica. Cuando decimos "barrera de velocidad" nos referimos a la velocidad a la que puede viajar un objeto observable o real, y debemos dejar fuera de la discusión cualquier cosa imaginaria o virtual que se cancela fuera de la ecuación en el momento en que se puede observar cualquier efecto. .

Corrígeme si me equivoco, por favor.

La primera oración es obviamente falsa, porque tenemos una teoría no relativista de la mecánica cuántica perfectamente consistente.
Tengo curiosidad por qué crees que la mecánica cuántica no es relativista significa que la invariancia de la velocidad de la luz no es crucial para que la mecánica cuántica sea de naturaleza probabilística. Me parece que las limitaciones de nuestra capacidad para observar cosas cuánticas se derivan en parte del hecho de que no podemos observar cosas con fotones sin dispararlos a la velocidad de la luz. Si los fotones pudieran rebotar en las cosas con bastante lentitud, tal vez nos permitiría hacer observaciones más precisas y menos probabilísticas. Por supuesto, solo soy un profano, razonando sobre estas cosas a partir de la lectura limitada que he hecho.
Esto no proporciona una respuesta a la pregunta. Para criticar o solicitar una aclaración de un autor, deje un comentario debajo de su publicación. - De la revisión
@JonCuster: Si bien esta respuesta me parece incorrecta y serpenteante, es un intento de responder la pregunta. CommaToast, parece suponer que la mecánica cuántica presupone que la longitud de Planck y el tiempo de Planck son límites de medición. Esto está mal, es algo heurístico que decimos porque esa es la escala donde la gravedad cuántica se vuelve definitivamente no despreciable, pero ni el tiempo ni el espacio son discretos en la mecánica cuántica estándar, como puede ver por el operador de posición que tiene un espectro continuo y el la evolución temporal es un grupo suave de un parámetro.
@ACuriousMind: de hecho, tal vez seleccioné la opción incorrecta, ¿cuál preferirían usted (y la comunidad) para esto?
@ACuriousMind: Este es un intento de responder la pregunta solo en el sentido débil de que es un montón de cosas que el cartel inventó y esperaba que tuvieran alguna relación con la pregunta. Creo que para contar como un intento real, tendría que basarse en algún conocimiento real, que, como muestra su comentario, claramente no lo es.
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