Usando fotones para explicar la fuerza electrostática [duplicado]

Estoy tratando de entender la idea de un portador de fuerza con el siguiente ejemplo.

Digamos que hay dos cargas A y B que están a una distancia fija entre sí. ¿Qué está causando la fuerza sobre B por A ?

Carga clásica A tiene un campo eléctrico asociado que causa una fuerza en B . Del modelo estándar, los fotones son los portadores de fuerza de la fuerza electromagnética. Con este punto de vista, ¿significa que A está emitiendo fotones constantemente pero de una manera que el componente magnético se cancela? Si ese es el caso, ¿no significa eso que el cargo A ¿Pierde energía constantemente?

Posibles duplicados: physics.stackexchange.com/q/142159/2451 y enlaces allí.

Respuestas (2)

La noción de objetos estacionarios cargados eléctricamente es una imagen de la electrostática clásica. Entonces, usar los conceptos de la mecánica cuántica como fotones directamente en esta situación puede conducir a conceptos erróneos.

UNA SIMPLE IMAGEN DE LA INTERACCIÓN CLÁSICA EN TÉRMINOS DE MECÁNICA CUÁNTICA:

La interacción electromagnética tiene lugar entre las partículas elementales que llevan carga eléctrica. Si tratamos los objetos de forma clásica, también deberíamos tratar su interacción electromagnética de forma clásica en términos de conceptos clásicos como fuerzas (ley de Coulomb).

Para ser preciso y coherente con la naturaleza y la física cuántica, se debe tener en cuenta el hecho de que un objeto cargado clásico es una gran congregación de partículas elementales cargadas eléctricamente, por ejemplo, electrones, albergados por los objetos clásicos A y B. Los electrones se mueven aleatoriamente dentro de los dos objetos A y B y obedecer las reglas de la mecánica cuántica. Así que de ninguna manera son estacionarios uno con respecto al otro. Un electrón en el objeto A puede "sentir" la existencia de otros electrones en el objeto B y, por supuesto, puede sentir la existencia de los otros electrones en el objeto A. De manera similar para los electrones en el objeto B

Para cualquier par de partículas cargadas eléctricamente (electrones), una en el objeto A y otra en el objeto B, podemos calcular su energía de interacción usando las reglas de la mecánica cuántica (diagramas de Feynman, etc.) y cuando terminemos con todos los pares de electrones posibles, podemos sumar todos estos juntos, y terminamos con una fuerza clásica (la ley de Coulomb). Por lo tanto, el promedio de todos los intercambios reemplaza las reglas de la mecánica cuántica por la noción clásica del campo de fuerza. Entonces, en lugar de intercambios de fotones, estamos hablando de fuerzas, que son un concepto clásico en física. Los fotones intercambiadosentre pares de electrones en los objetos A y B son fotones normales, tienen componentes de campo eléctrico y magnético, pero como la distancia entre los dos objetos es grande, el número de fotones es pequeño en comparación con cuando los objetos están más cerca uno del otro.

Ninguno de los dos objetos A y B está perdiendo energía en promedio.

Esto se refleja, incluso en términos de física clásica, por la ley de conservación de la energía.

1 2 metro v A 2 + 1 2 metro v B 2 + 1 4 π ϵ 0 q A q B r = mi T

que debe ser constante.

Bien, entonces los objetos en realidad tienen una incertidumbre en la posición y el momento. Esto significa que los fotones se emiten y absorben aleatoriamente debido a la aceleración de las cargas. El cálculo de todo esto se reduciría a la Ley de Coulomb. ¿Es esta la forma correcta de pensar en ello?
@cspirou En muchos problemas corporales como este, desarrollar teorías, modelos y métodos de cálculo efectivos es una buena manera. Tales teorías y métodos se utilizan muy ampliamente en la teoría de la materia condensada debido a la gran cantidad de partículas involucradas.
Ni siquiera estoy hablando realmente de muchos problemas corporales. Realmente estoy tratando de entender qué significa que el fotón sea un portador de fuerza en términos de la Ley de Coulomb. A y B podrían ser fácilmente un protón y un electrón en un átomo de hidrógeno.
@cspirou Tuve la impresión de que estabas hablando de dos objetos cargados clásicos. En el caso de las interacciones de nivel fundamental entre dos partículas, usamos el QED Lagrangiano que involucra los cuatro vectores A m que representa adecuadamente el campo electromagnético. Luego, para casos especiales como el campo de Coulomb o solo el campo magnético A m se reduce al vector apropiado. Hacemos esto a través de la ecuación de Schrödinger o Dirac porque el problema que planteas es de mecánica cuántica ya que estás hablando de la interacción entre partículas fundamentales.

La fuerza está dada por el campo.

La razón por la que se necesitaban portadores es para explicar POR QUÉ algunas fuerzas son de acción muy corta (fuerza fuerte, electrodébil) y algunas fuerzas actúan en grandes distancias del espacio (electromagnetismo, gravedad). Supongo que la primera persona que introdujo esta idea de la física de partículas fue Enrico Fermi.

Las fuerzas que tienen portaaviones masivos no pueden viajar lejos y las fuerzas que tienen portaaviones sin masa pueden viajar infinitamente lejos.

En QED (electrodinámica cuántica), DE HECHO puedes hablar y escribir algunas matemáticas que se parecen a la creación y aniquilación de los fotones VIRTUALES. VIRTUAL significa que no están sujetos a la conservación de la energía.

Entonces, estrictamente hablando, la idea del CAMPO es la más profunda y teóricamente correcta. Solo piense en algunos CAMPOS como si no viajaran demasiado lejos y se evitará la confusión.

Entonces, ¿la carga A está emitiendo fotones virtuales con componentes magnéticos que se cancelan? ¿Todo el problema de la energía es solo fotones virtuales de lado que no tienen que conservar energía?
Sí, el tema de la energía no es un problema. No hay fotones con componente magnético cancelado. Todos tienen campos eléctricos y magnéticos en interacción. Es por eso que pueden "transportar" fuerza tanto eléctrica como magnética.
Para cargas estáticas el campo es puramente eléctrico. Esto significa que el componente del campo magnético de un fotón debe cancelarse o, de lo contrario, está presente un campo magnético en este ejemplo. Creo que malinterpretaste lo que dije. No dije que los fotones no tengan un campo magnético. Más bien, la suma de los campos magnéticos de todos los fotones debería cancelarse.
Bueno, sí, algo así.
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