¿Por qué los fotones reales son mucho menos eficientes para transportar impulso que los fotones virtuales?

Cuando dos polos magnéticos iguales se juntan, se siente una fuerza de repulsión que es inversamente proporcional a su separación. En el modelo estándar, la respuesta a "¿Qué transmite esta fuerza repulsiva a través del espacio vacío entre los dos imanes?" se describe como fotones virtuales.

Si quiero medir 15 newtons de fuerza entre dos polos norte de imanes adyacentes, puedo colocar mis imanes en consecuencia y medir la fuerza directamente. Nunca veré fotones involucrados debido a su naturaleza virtual, pero la fuerza que generan es muy real y fácil de medir.

Sin embargo, si quiero producir la misma cantidad de fuerza en mi imán bombardeándolo directamente con fotones reales, se necesitaría una enorme cantidad de energía.

Parece extraño pensar que las mismas partículas responsables de producir una fuerza lo suficientemente fuerte como para mantener separados dos objetos masivos, son apenas capaces de mover una vela ligera en microgravedad.

¿Por qué los fotones reales son mucho menos eficientes para transportar impulso que los fotones virtuales?

Tengo que creer que las partículas virtuales son el tema de una parte considerable de las preguntas sobre SE; si se trata de un duplicado, siéntase libre de cerrar, pero según mi revisión, no he visto que esto se aborde directamente.

FWIW, creo que esta pregunta está tan bien planteada dentro de la E&M clásica ("¿Por qué los campos eléctricos o magnéticos estáticos generan fuerzas fuertes mucho más fácilmente que las ondas EM?"), Así que tal vez no haya nada realmente "cuántico" al respecto.
Parece que está diciendo que necesita "más" fotones reales que fotones virtuales, sin siquiera preguntarse "¿Cuántos" fotones virtuales se necesitan para producir 15 Newtons de fuerza?
@chepner Creo que más cerca de mi intención es preguntar por qué la repulsión magnética transmitida por estos fotones virtuales es tan robusta en ausencia de otros efectos, mientras que para producir tanta fuerza con fotones reales podrías detectar muchos otros efectos debido a la gran cantidad de energía involucrada para impartir tanto impulso. Ya sea que se haga usando un fotón de alta energía o 10 ^ 30 fotones, transferir el impulso equivalente sería una tarea difícil.
@Rococo Ese es un gran punto ... y tampoco tengo un buen manejo de la respuesta clásica a eso
@JPattarini Me inclino a decir que la explicación de ACuriousMind funciona igual de bien clásicamente: las ondas EM están restringidas a una relación de dispersión particular que no se aplica a campos estáticos o radiación de campo cercano.

Respuestas (2)

Dentro de las explicaciones habituales de ondas manuales de partículas virtuales, la respuesta es "simple": no se requiere que las partículas virtuales obedezcan las relaciones masa-energía en la capa (en este caso mi = pag C ), por lo que puede haber partículas virtuales con grandes momentos pero muy pequeñas energías.

Sin embargo, y como de costumbre, recomendaría no pensar en términos de partículas virtuales en absoluto: son artefactos de dibujar la teoría de la perturbación como diagramas de Feynman y ni siquiera se puede decir sin perturbaciones lo que se supone que son. La razón por la que los "fotones virtuales" actúan de manera tan diferente a los fotones reales es que el término "fotón virtual" no describe un estado cuántico que se parecería en absoluto a un fotón real libre, sino que describe un determinado cálculo en una teoría de campos cuánticos interactivos. Realmente no hay ninguna razón, excepto por el nombre, para esperar que esto tenga algo que ver con el comportamiento de los fotones reales.

Vea esta respuesta mía para una discusión más larga sobre por qué es engañoso pensar en "partículas virtuales" como partículas o como estados intermedios reales.

Agregaría para mayor claridad que las líneas virtuales en los diagramas de Feynman tienen los nombres de partículas porque es un mnemotécnico útil para la conservación de números cuánticos entre vértices. No solo hay fotones virtuales sino partículas virtuales de toda la tabla de partículas del modelo estándar, para cálculos de física de partículas.

Los campos eléctricos de cargas del mismo signo se comportan como cuerpos elásticos (donde hay un cuerpo, no puede haber otro). Si se acercan dos cargas del mismo nombre, retroceden en estado libre, como lo hacen los cuerpos elásticos.

Sin embargo, las cargas opuestas se atraen y se observa que emiten radiación EM. Para volver a aflojar una conexión, es decir, para quitar un electrón del átomo, los fotones son suficientes (como condición única y al mismo tiempo necesaria) para restablecer los campos alrededor de las cargas opuestas y considerar de nuevo las partículas aisladas entre sí.

Para obtener un capacitor con cargas separadas, debes separar los electrones del resto del átomo. Esto se puede hacer con una celda solar. Los fotones golpean a los electrones, estos absorben los fotones, se aceleran, penetran una capa de aislamiento y deben tomar el camino de regreso sobre un consumidor. Entonces, por ejemplo, nuestro condensador.

Un imán, por otro lado, es solo un mediador. Si mueve un imán cerca de un conductor eléctrico, el imán no se consume. Su campo magnético provoca una fuerza de Lorentz, es decir, el desplazamiento de cargas. De este modo, el movimiento del imán se opone a una resistencia, pero su campo magnético permanece sin cambios.

Lo que nos permite convertir el concepto de fotones virtuales en una ciencia de interacción entre campos es el modelado de la estructura de estos campos. Porque por qué los campos con el mismo signo se comportan como cuerpos elásticos, actualmente no existe una idea similar a un modelo para ello.

Los fotones virtuales son una vergüenza, que se disolverá tan pronto como el interés científico en la investigación de la estructura interna de los campos conduzca a nuevas concepciones de modelos.

Re "Los fotones virtuales son una vergüenza" : ¿Porque no son una realidad física (lo que sea que eso signifique)? ¿No podría decirse lo mismo de las fuerzas en general? ¿O la función de onda ? Pueden ser muy útiles (digamos, poder predictivo).
No creo que estén en el mismo terreno, podrías hacer cálculos sin fonones virtuales y obtener la misma predicción, que es un resultado medible. Este no es el caso de las fuerzas en la mecánica clásica o la función de onda en la mecánica cuántica, son "reales" en el sentido de que se pueden medir (algo directamente), mientras que esto no se puede hacer para los fonones virtuales, hasta donde yo sé. saber. Estoy de acuerdo en que la respuesta es un poco excesiva, pero el poder predictivo y la realidad física (en el sentido de medición) diría que son bastante distintos.