QFT y energía de vacío [duplicado]

QFT modela cada frecuencia que puede tener una partícula mediante un oscilador armónico QM. Esto tiene una energía de estado fundamental de$\frac{1}{2}\hbar \omega$en el que no hay ninguna partícula presente. Entonces, la respuesta a su pregunta es que, aunque la energía del estado fundamental no es cero, no hay partículas presentes.

Quizás sea interesante tomar nota del problema de la constante cosmológica ( https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_constant_problem ). Establece que la energía del estado fundamental integrado del campo EM es$10^{123}$ $J/m^3$, lo que implicaría un universo del tamaño de una pelota de fútbol. ¡Todos sabemos que es al menos del tamaño de un estadio entero!

De acuerdo con la Teoría Cuántica de Campos, todas las 'partículas' son oscilaciones en sus propios campos.

Esto no es cierto: según QFT, todo el espacio-tiempo está cubierto por campos representados por las soluciones de partículas libres de su ecuación mecánica cuántica correspondiente: Dirac para fermiones, Klein Gordon para bosones y Maxwell cuantificado para fotones. Hay un campo en todo el espacio-tiempo para todas las partículas en la tabla del modelo estándar de física de partículas. Las ondas simples tienen oscilaciones, pero estas están en un espacio numérico complejo, no medible de ninguna manera.

En estos campos, los operadores de creación y aniquilación propagan partículas, lo que permite la posibilidad de escribir diagramas de Feynman para representar las integrales necesarias para obtener cantidades medibles: partículas creadas y aniquiladas en los vértices del diagrama. Estas integrales predicen cantidades medibles para las interacciones de partículas y están validadas por los datos hasta ahora.

Una partícula libre por sí misma no puede ser representada por una onda plana, porque las partículas libres están localizadas en la naturaleza, vea estas huellas de un solo electrón. . Para describir una sola partícula en el laboratorio, se necesita una representación de paquete de ondas, es decir, una distribución de momentos para poder obtener un modelo matemático de una partícula en una ubicación espacio-temporal razonable. Tenga en cuenta que esto significa un impulso dado con un diferencial acorde con la incertidumbre de Heisenberg.

estos campos tienen fluctuaciones en el tiempo y nunca pueden tener energía 'cero'.

Se debe suministrar energía para obtener efectos medibles y observables de los bucles de vacío. Todos los "éxitos" enumerados en el uso de diagramas de bucle tienen energía suministrada por partículas reales entrantes.

Se han verificado experimentalmente muchos efectos físicos atribuidos a la energía de punto cero, como la emisión espontánea, la fuerza de Casimir, el cambio de Lamb, el momento magnético del electrón y la dispersión de Delbrück, estos efectos se denominan generalmente "correcciones radiativas".

usted pregunta:

¿Por qué no vemos destellos aleatorios de luz en el espacio interestelar debido a que el campo electromagnético obtiene suficiente energía para formar un fotón?

¿Obtener energía de dónde? El campo de fotones en sí mismo no tiene impulso, es solo un "sistema de coordenadas" para una partícula entrante con impulso. Para que un operador opere en el campo y cree partículas, se debe suministrar energía de alguna manera. (Para un fotón real entrante desde el espacio, la respuesta elegida aquí es relevante)

Las discusiones manuales sobre bucles de vacío independientes de partículas reales son sobre modelos cosmológicos, donde la energía será suministrada por energía oscura o algo así, pero estos son modelos de investigación, no estándar.

Los campos (o coordenadas y momentos) fluctúan; la energía no. El vacío es un estado propio con cierta energía. Además, por definición, es el estado fundamental, la energía más baja. ¿Qué vamos a observar allí si no hay excitación por definición?

El estado de vacío es ortogonal a cada vector que contiene partículas, por lo que la probabilidad de una transición es$0$: no puedes ver partículas creadas a partir del vacío en ninguna parte.

El operador número de partícula admite el vacío como vector propio 0, por lo que al medirlo siempre se obtiene 0.

Lo que puede ver en el vacío son, por ejemplo, fenómenos de polarización del vacío que pueden describirse (pero en mi opinión, esto no es más que una visión teórica poderosa pero innecesaria) como interacciones de partículas reales, por ejemplo, fotones con "partículas virtuales" de otro campo (campo Dirc) que permanece en el estado de vacío. Este fenómeno se debe en gran medida al tipo de interacción (quiero decir$\overline{\psi}\gamma_\mu\psi A_\mu$) entre electrones y fotones.

La energía del estado de vacío no está definida en QFT a menos que utilice el primer paso del procedimiento de renormalización (ordenación normal). Esto lleva inmediatamente a$0$para el tensor de energía de tensión renormalizado de la teoría libre.

En el espacio-tiempo curvo, la imagen se vuelve más complicada y, en principio, puede haber cierta densidad que no desaparece y que puede contribuir a los valores medidos de ciertas cantidades, como la constante cosmológica, que puede verse como un contratérmino finito de la renormalización de la Tensor de energía de tensión en un estado de Hadamard.