¿Realmente necesitamos partículas virtuales para existir?

Yo entiendo el Δ t ⋅ Δ mi ≥ ℏ / 2 relación y la idea detrás de ellos. Sin embargo, no entiendo por qué los necesitamos en absoluto. Soy estudiante de física. Hasta donde yo sé, todas las ecuaciones físicas con las que estoy tratando no involucran partículas virtuales en absoluto. Entonces, ¿por qué los necesitamos si podemos llegar a las respuestas correctas sin ellos de todos modos?

He leído algunas preguntas relacionadas con esto (aunque no exactamente las mismas preguntas). Creo que se señaló que necesitamos partículas virtuales para algún modelo matemático, pero ¿por qué lo llamamos "partícula virtual"? Creo que deberíamos llamarlo fuerza o campo (un nuevo tipo de fuerza o campo; algo así, por ejemplo). Otro punto es ¿por qué necesitamos ese modelo en primer lugar si el modelo sin modelo virtual funciona igual de bien? ¡Gracias!

1. Si cree que la "relación de incertidumbre energía-tiempo" tiene algo que ver con las partículas virtuales, no entiende ninguna de las dos cosas y ha sido víctima de una interpretación popular, pero falsa. Consulte esta pregunta para saber qué significa realmente la incertidumbre energía-tiempo. 2. ¿Qué quiere decir con "para qué los necesitamos"? No lo hacemos, como usted dice, puede obtener todos los resultados sin hablar de ellos, ya que son solo nombres elegantes para las líneas en un diagrama.
Bueno, que las partículas virtuales puedan existir se debe exactamente a esa desigualdad, hasta donde yo sé. De todos modos, ¿estás diciendo que no los necesitamos? Lo que no entiendo es que si no los necesitamos, ¿por qué alguien se molestó en idear el concepto completamente nuevo de "partícula virtual" más las nuevas matemáticas "elegantes" detrás de él?
Una breve introducción a una visión diferente sobre el intercambio de campos eléctricos doy aquí academia.edu/11805855/Are_photons_composed_particles , la más larga solo está disponible en alemán academia.edu/12172263/… .
Ya está disponible la versión en inglés "Estructuras unidimensionales complejas del espacio" academia.edu/19657550/…
Su pregunta se responde en mi respuesta a otro hilo en physics.stackexchange.com/a/261010/7924

Respuestas (1)

Una de las principales razones por las que se utilizan las partículas virtuales es que en muchos contextos no tenemos una formulación no perturbativa de la teoría cuántica de campos. Lo que podemos hacer es calcular algunas amplitudes perturbativamente (por ejemplo, para los resultados de las colisiones de partículas) utilizando diagramas de Feynman. Estos diagramas tienen líneas de entrada/salida, generalmente identificadas con partículas en colisión y productos de colisión, pero también líneas intermedias que comienzan en un vértice y terminan en otro, permaneciendo completamente dentro del diagrama. Por extensión, estos llegaron a interpretarse como partículas virtuales. También se pueden imaginar diagramas sin líneas de entrada/salida, lo que correspondería a la creación/aniquilación de partículas virtuales en el vacío.

Así que las partículas virtuales son al menos útiles en la forma en que las imágenes de los enlaces químicos son útiles en los cálculos químicos, aunque desde el punto de vista de la mecánica cuántica estos "enlaces" son efímeros. Un lugar donde las partículas virtuales tenían valor heurístico, por las razones correctas o no, es la predicción de la radiación de Hawking basada en la mezcla semiclásica de QFT y la relatividad general cerca del horizonte de un agujero negro. De un par virtual creado, una partícula cae por debajo del horizonte y la otra adquiere velocidad de escape produciendo la radiación. Esta imagen es sugerente, el mismo Hawking la sugirió en Breakdown of Predictability in Gravitational Collapse (1976) , y quizás le sirvió de motivación, aunque ahora hay formas de derivarla sin partículas virtuales. Aquí está el artículo de Parentani de 2010Desde fluctuaciones de vacío a través de un horizonte de eventos hasta correlaciones de larga distancia que utilizan la imagen de Hawking. El mismo valor heurístico se atribuye a otras "apariencias" de partículas virtuales .

¿Son las partículas virtuales "reales"? En este punto, ni siquiera estamos 100% seguros de que haya algo no perturbador que las aproximaciones QFT aproximen, y mucho menos si una herramienta computacional para estas aproximaciones se puede proyectar en la realidad. Algunos de los que creen que existe QFT no perturbativo esperan que no sea interpretable en términos de partículas, o campos para el caso, pero eso socava mucho más que las partículas virtuales, vea Baker's Against Field Interpretations of Quantum Field Theory. Incluso las interpretaciones de la mecánica cuántica, donde tenemos una formulación no perturbativa matemáticamente impecable, siguen siendo controvertidas. Sin embargo, las ideas sobre los átomos y los electrones en el siglo XIX eran en su mayoría erróneas desde el punto de vista moderno, pero sin embargo proporcionaron heurísticas valiosas para desarrollar teorías modernas. Las ideas sobre el éter ayudaron a Maxwell a formular sus ecuaciones, aunque luego se rechazó su existencia. Las partículas virtuales pueden terminar en la misma canasta.

Esta es una muy buena respuesta. Bien, déjame aclarar esto. La forma en que lo veo es que realmente no necesitamos partículas virtuales para explicar el fenómeno de la física. Todavía podemos explicar las cosas sin él, ¿verdad? Sin embargo, las partículas virtuales se vuelven útiles para explicar teorías que aún no se sabe que son correctas. La última pregunta es ¿qué sucede si las partículas virtuales son reales y aún no hemos podido detectarlas? ¿O podría ser un fenómeno completamente nuevo que no es una partícula? ¡La comparación con Ether es buena! Siento que la partícula virtual es otra del éter imaginario que ni siquiera está ahí.
Creo que decir que no tenemos una formulación no perturbativa de la teoría cuántica de campos es una declaración demasiado amplia. De manera abstracta, podemos axiomatizar un QFT no perturbativo. No tenemos una formulación no perturbativa de la teoría 4D YM acoplada a todo tipo de materia que se necesita para el modelo estándar, pero, para las teorías de campo fermiónico y escalar de menor dimensión, así como algunos modelos supersimétricos, se conocen resultados no perturbativos. (ver, por ejemplo, el trabajo de Glimm y Jaffe para el caso escalar 2D y 3D).
@Phu Nguyen Por ejemplo, podemos explicar por qué la luz se ralentiza en un medio usando la teoría cuántica, es un monstruo de explicación physics.stackexchange.com/questions/153904/… , o podemos usar la óptica de ondas aunque lo sepamos es una simplificación, incluso podemos usar la analogía con las ondas de sonido, lo que implica un medio inexistente. Las partículas virtuales pueden conservar este papel incluso después de que se desechen como el éter, si es que lo son. En cuanto a la realidad, incluso el estado de colapso en QM no está resuelto, por lo que nadie lo sabe.
@ACuriousMind, "No tenemos una formulación no perturbadora de la teoría 4D YM acoplada a todo tipo de materia", nos falta algo aún más básico que Yang-Mills no perturbativo: carecemos de una formulación QED no perturbadora.
@lurscher: No es cierto que una formulación QED no perturbativa sea "más básica": la presencia del polo de Landau puede indicar (pero solo indica, ya que su presencia en sí misma solo se conoce de forma perturbativa o numérica) no existe tal formulación . Por el contrario, la ausencia de tal polo en QCD/el modelo estándar, las enfermeras esperan que exista tal formulación para la teoría completa.
@ACuriousMind Suavicé el lenguaje. Wallace ofrece un estudio interesante de problemas matemáticos en el formalismo QFT lagrangiano arxiv.org/pdf/quant-ph/0112148v1.pdf
Una breve introducción a una visión diferente sobre el intercambio de campos eléctricos doy aquí academia.edu/11805855/Are_photons_composed_particles , la más larga solo está disponible en alemán academia.edu/12172263/… .
¿Realmente necesitamos partículas virtuales para existir?
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