Hasta donde yo sé, la física cuántica y la teoría de la relatividad nunca se llevarán bien. ¿Eso significa que uno de ellos está básicamente equivocado?

En realidad, la física cuántica y la teoría de la relatividad se llevan bien en la mayoría de los aspectos. No siempre, pero …

En primer lugar, la teoría cuántica predominante, la teoría cuántica de campos, es completamente relativista desde el principio. La relatividad está “incorporada” a la teoría, por así decirlo. Y es la única teoría cuántica que es completamente causal (el efecto nunca precede a la causa, para ningún observador) y puede explicar la creación y aniquilación de partículas.

Cuando digo totalmente relativista, me refiero a la relatividad especial. Pero la teoría del campo cuántico también puede “vivir” en el fondo curvo de la relatividad general. Claro, las cosas se ponen interesantes (en el caso general, tenemos que abrazar por completo el concepto de campo y abandonar la noción de partículas por completo), pero la teoría funciona.

Entonces, ¿qué no funciona? Bueno … Einstein nos dice que la materia es la fuente de gravedad, a través del tensor de energía de estrés. Pero en una teoría cuántica, este tensor de energía de estrés no consiste en números, sino en los llamados operadores no conmutativos. ¿Significa esto que el campo gravitacional también debe ser descrito por una teoría cuántica? Bueno, tal vez … pero nadie tuvo éxito con eso. No tenemos una teoría cuántica viable de la gravedad.

¿Pero realmente necesitamos uno? Existe una modificación simple (casi demasiado simple) que permite que las dos teorías coexistan perfectamente: en lugar de los operadores cuánticos que representan el tensor de energía de estrés, simplemente use sus llamados valores de expectativa. Esos son números que se pueden conectar a las ecuaciones de campo de Einstein. Este enfoque, llamado gravedad semiclásica, funciona muy bien; describe con precisión la naturaleza en todas partes, excepto en los momentos inmediatos después del Big Bang o la vecindad inmediata de una singularidad en el interior del horizonte de eventos de un agujero negro. En otras palabras, lugares y tiempos que nunca podemos explorar experimentalmente.

¿Entonces quizás la gravedad semiclásica es la respuesta? Pero mucha gente lo encuentra profundamente insatisfactorio, un error si lo desea. Entonces, hay razones filosóficas para ir más allá de la gravedad semiclásica. Pero tal vez la filosofía nos engañe. No sabremos hasta que sepamos cuál será … quién sabe cuándo.

Pero no es cierto que la relatividad y la física cuántica no se lleven bien. Se llevan bien la mayor parte del tiempo, casi todo el tiempo, de hecho.

Muy buena pregunta, y sí. Primero, déle un poco de crédito al interlocutor. Obviamente se está preguntando sobre la relatividad general (GR).

GR es la única teoría clásica que tiene el tiempo o el espacio como un operando de la teoría, algo producido por una ecuación, no solo una coordenada de otros parámetros producidos por las ecuaciones.

Eso parece implicar que el espacio y el tiempo deberían cuantificarse. Eso es exactamente lo que causa el problema. En la cuantificación de otros campos (p. Ej., Fuerzas) se encuentra que para calcular lo que sucederá cuando dos partículas interactúan (llamado dispersión, en cuyo caso pueden salir partículas diferentes, como en las colisiones del acelerador), hay una integral infinita de todos los caminos posibles. Esto explota hasta el infinito, pero se puede renormalizar para obtener la respuesta correcta. Entonces podemos predecir lo que veremos en futuros experimentos con aceleradores y verificar o falsificar la teoría.

Para la gravedad, cuando se agrega la cuantificación del espacio y el tiempo, hasta ahora nadie puede hacer que la renormalización funcione, por lo que no hay predicciones del acelerador, además, faltan predicciones para los primeros momentos del Big Bang, y para lo que sucede como la materia y la energía. hacia la singularidad que de otro modo (si no fuera por una teoría cuántica) existiría en un agujero negro. En otras palabras, las teorías cuánticas basadas en el espacio-tiempo no hacen nada que nos gustaría que hicieran.

La teoría de cuerdas logra dar algunos de los efectos de la gravedad sin cuantificar realmente el espacio-tiempo. Y tiene sus propios problemas con la verificabilidad.

La gravedad cuántica de bucles intenta cuantizar el espacio-tiempo. Tampoco ha llegado al punto de hacer predicciones comprobables. Por lo tanto, ambas soluciones al problema aún no se pueden verificar.

No es “políticamente correcto” formular la gravedad de ninguna otra manera. Se eligió el espacio-tiempo como la forma más obvia de satisfacer el principio de equivalencia, es decir, explicar cómo la gravedad afecta todo de la misma manera. Porque el espacio y el tiempo afectan todo de la misma manera. Es “hermoso” la mayoría de los relativistas piensan.

Hay otra arruga. No podemos verificar directamente si la curvatura espacial en GR es una expansión del espacio o una contracción de las longitudes. Intuitivamente, las personas prefieren hablar en términos de expansión del espacio, porque el público sería escéptico si la expansión del universo fuera la contracción de los objetos dentro del universo. Pero en realidad no podríamos notar la diferencia experimentalmente.

A partir de 1998 y 1999, los datos muestran que lo que podemos ver del universo es plano. Y en realidad no podemos ejecutar un experimento que obtenga resultados desde o dentro del horizonte de eventos de un agujero negro. Dentro de lo que es experimentalmente accesible, la gravedad podría formularse de una manera menos romántica, bella y políticamente correcta en la que el espacio-tiempo no tendría que cuantificarse. Pero nadie lo hará. Es como pedirle a un artista que dibuje una imagen fea. Puede ser útil, pero el artista no lo hará.

En resumen, en gravedad tienes un campo que depende de la posición exacta y la masa de algo. En la teoría cuántica, tiene una superposición de cosas como posición, partículas en muchos lugares a la vez (por ejemplo, experimentos de doble rendija). ¿Simplemente tiene la misma superposición transferida a sus campos gravitacionales? ¿O tiene una ambigüedad adicional al tratar de cuantificar por separado sus campos gravitacionales? Puedes ver cómo explotaría este último.

Hay áreas donde se llevan bastante bien.

Pero…

Hay que recordar que básicamente toda la física está mal.

De acuerdo, tal vez eso sea un poco exagerado, pero la mayoría de la física solo hace observaciones del universo en el que vivimos y luego encuentra modelos que lo explican matemáticamente.

Mucha gente pregunta si la física de Newton ahora está obsoleta debido a la relatividad general. No. Para la mayoría de las situaciones, la mecánica newtoniana funciona bien.

¿Es [matemática] velocidad = \ frac {distancia} {tiempo} [/ matemática] incorrecta debido a la relatividad especial? No. Simplemente tenemos un modelo mejorado que necesitamos en ciertos casos.

Si tenemos o no las razones correctas para todo es discutible. Pero los modelos y los resultados matemáticos son lo importante. Mientras eso funcione bien, entonces estamos bien. Si podemos hacer una mejora, entonces genial, pero no necesariamente significa que la anterior estaba equivocada.

Sí, la relatividad de Einstein es básicamente errónea. No se puede unificar el tiempo relativo idiota de Einstein, una consecuencia del falso postulado de velocidad constante de la luz, y el tiempo absoluto de Newton:

https://www.quantamagazine.org/2 …
“El esfuerzo por unificar la mecánica cuántica y la relatividad general significa reconciliar nociones de tiempo totalmente diferentes. En la mecánica cuántica, el tiempo es universal y absoluto; sus tics constantes dictan los enredos en evolución entre las partículas. Pero en general la relatividad (teoría de la gravedad de Albert Einstein), el tiempo es relativo y dinámico, una dimensión que está inextricablemente entretejida con las direcciones X, Y y Z en un tejido de “espacio-tiempo” de cuatro dimensiones.

https://www.newscientist.com/art …
“En la teoría cuántica, un” reloj maestro “marca en algún lugar del universo, midiendo todos los procesos. Pero en la relatividad de Einstein, el tiempo está distorsionado por el movimiento y la gravedad, por lo que los relojes no necesariamente coinciden en cómo está pasando, lo que significa cualquier el reloj maestro debe, de manera algo inverosímil, estar fuera del universo “.

https: //www.perimeterinstitute.c …
Instituto Perimetral: “La mecánica cuántica tiene una cosa, el tiempo, que es absoluta. Pero la relatividad general nos dice que el espacio y el tiempo son dinámicos, por lo que existe una gran contradicción allí. Entonces, la pregunta es si la gravedad cuántica puede formularse en un contexto donde la mecánica cuántica todavía tiene tiempo absoluto?

http://science.sciencemag.org/co …
“En la teoría general de la relatividad de Einstein, el tiempo depende localmente de la gravedad; en la teoría cuántica estándar, el tiempo es global: todos los relojes” funcionan “de manera uniforme”.

http://arxiv.org/pdf/gr-qc/06100 …
“Por un lado, el tiempo en la mecánica cuántica es un tiempo newtoniano, es decir, un tiempo absoluto. De hecho, los dos métodos principales de cuantización, a saber, el método de cuantificación canónica debido al método integral de trayectoria de Dirac y Feynman se basan en restricciones clásicas que se convierten operadores aniquilando los estados físicos, y en la suma sobre todas las trayectorias clásicas posibles, respectivamente. Por lo tanto, ambos métodos de cuantificación se basan en el tiempo global y absoluto de Newton. […] La transición a las teorías de campos cuánticos relativistas (especiales) puede realizarse reemplazando el tiempo newtoniano absoluto único por un conjunto de parámetros temporales asociados a la familia naturalmente distinguida de los marcos de inercia relativistas “.

http://www.hindawi.com/journals/ …
“En la mecánica cuántica, el tiempo es absoluto. El parámetro que ocurre en la ecuación de Schrödinger se ha heredado directamente de la mecánica newtoniana y no se ha convertido en un operador. En la teoría cuántica de campos, el tiempo por sí solo ya no es absoluto, sino el espacio-tiempo de cuatro dimensiones es; constituye la estructura de fondo fija sobre la cual actúan los campos dinámicos. GR es de una naturaleza muy diferente. Según las ecuaciones de Einstein (2), el espacio-tiempo es dinámico, actuando de manera complicada con el impulso energético de la materia y consigo mismo. Los conceptos de tiempo (espacio-tiempo) en la teoría cuántica y GR son, por lo tanto, drásticamente diferentes y no pueden ser fundamentalmente verdaderos “.

Pentcho Valev

Por relatividad, supongo que te refieres a la relatividad general. La relatividad especial se integra en la teoría cuántica de campos tal como está.

El problema con la relatividad general no es que no se pueda cuantificar. La relatividad general es perfectamente compatible con la mecánica cuántica, y puede verse fácilmente como una teoría de campo perturbativa. El problema es que encuentra términos que divergen en las energías que se acercan a la masa de Planck, o escalas de longitud que se acercan a la longitud de Planck.

Pero si introduce un corte de energía y lo trata como una teoría de campo efectiva que solo describe procesos que suceden muy por debajo de la escala de Planck, aún puede reproducir prácticamente todas las predicciones verificadas experimentalmente de la relatividad general e incluso hacer algunas nuevas adicionales como el contribuciones de orden inferior a la dispersión Graviton-Graviton.

Hubo una situación similar para la fuerza débil a principios del siglo XX. La teoría de la descomposición radiactiva de Fermi reprodujo resultados experimentales perfectamente, pero explícitamente divergió a altas energías. Sin embargo, esto era importante, porque la escala de energía relevante era la escala Electroweak, y esto presagiaba el modelo Electroweak. Lo incompleto de la teoría de Fermi no fue un fracaso, fue una predicción de que algo nuevo y desconocido tenía que estar sucediendo en esas energías superiores.

El problema principal que evita que la física cuántica se unifique con la relatividad general es que la física cuántica depende mucho de la métrica de fondo del espacio-tiempo, mientras que en la relatividad general la métrica es el jugador dinámico (el campo) que la ecuación de campo de Einstein gobierna evolución.

Sin embargo, hay algunos intentos de unificarlos (teoría del campo cuántico y teoría de la relatividad general). Además de la gravedad semiclásica en la que la gravedad se trata de manera clásica y los otros campos se tratan de manera cuántica, hay algunas soluciones para eso que mencionan los siguientes dos:

• La teoría de la súper cuerda: que se vincula con el concepto de partículas y las partículas ya no son puntuales, sino que se extienden para ser una cadena como entidades (las 5 teorías de cuerdas diferentes que viven en el espacio-tiempo de 10 dimensiones) o p-dimensional las membranas viven en el espacio-tiempo plano de 11 dimensiones (teoría M que unifica las 5 teorías de cuerdas) y en su espectro de partículas hay una partícula (espín 2 gravitones) que altera la métrica de fondo para que se curve en las 4 dimensiones extendidas de espacio-tiempo vivimos en ellos y los otros están acurrucados para ser muy pequeños.
• Gravedad cuántica de bucle: que es verdaderamente independiente del fondo, pero que viene con el precio del espacio-tiempo no es continuo en la escala de Planck, lo que plantea el problema de obtener la relatividad general como el límite de correspondencia de baja energía y durante muchos años mantiene la teoría de la cuerda. son más candidatos para la teoría de la gravedad cuántica / unificadora, pero ambos todavía tienen problemas, no importa cuántas veces la gente fibrosa te cuente sobre su belleza matemática.

No sabes lo suficiente.

La fusión de la relatividad especial con la mecánica cuántica se logró dentro de las dos décadas posteriores al primer desarrollo de la mecánica cuántica. Finalmente se perfeccionó en la teoría del campo cuántico , que ha seguido experimentando mejoras adicionales desde entonces.

En realidad se llevan bastante bien. Especialmente porque uno se deriva del otro.

Y de acuerdo con la teoría de cuerdas, existen 2 tipos de hebras vibrantes de energía que existen en el nivel cuántico más básico, estos son: dipolos abiertos que se derivan de monopolos cerrados (bucles). Y esto parece perfectamente lógico ya que la primera fuerza que surgió fue la gravedad, como lo propuso Alan Guth en la Teoría de la inflación.

Por lo tanto, los gravitones (monopolos) podrían dar lugar a las otras 3 fuerzas (electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes / débiles).

Suponiendo que se refiere a la relatividad general, aquí hay un diagrama simple que explica cómo los gravitones chocan debido a la atracción mutua y en el proceso se separan para formar dipolos (en el nivel cuántico), también conocidos como electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles.

La geometría yace en la base misma de la teoría de la relatividad. Pero las ideas recientes de la gravedad cuántica y la teoría de cuerdas desafían los conceptos fundamentales de la geometría a un nivel aún más profundo. La intuición física nos dice que la geometría pseudo-riemanniana tradicional del espacio-tiempo no puede ser una descripción definitiva de la realidad física. Las correcciones cuánticas en la teoría de la gravedad cambiarán esta imagen a distancias del orden de la escala de Planck. Las propiedades fundamentales familiares, como la localidad, solo aparecen a escalas mucho mayores. De hecho, ahora hay mucha evidencia dentro de la teoría de cuerdas, generalmente conocida como ‘holografía’, que al final la geometría misma es una cantidad emergente. Las leyes clásicas de la gravedad solo aparecen en el límite donde el número de grados de libertad de la teoría cuántica subyacente se lleva al infinito, muy similar al surgimiento de las leyes macroscópicas de la termodinámica a partir de la descripción microscópica de la mecánica estadística.

Exactamente sí. Entre las dos teorías de la gravitación, la Ley de gravitación de Newton y la teoría de la gravedad de Einstein (teoría general de la relatividad); Ambas teorías no pueden ser ciertas. Ambos pueden estar equivocados y solo uno puede estar en lo cierto.

Descubrí que hay al menos 5 falacias lógicas de la teoría especial y general de la relatividad de Einstein: 1. Experimento de pensamiento de Einstein: falacia de la composición, 2. Principio de equivalencia: una falsa equivalencia, 3. Espacio-tiempo: una falacia de ambigüedad o reificación , 4.Ecuación de campo de Einstein: falacia lógica: argumento ad lapidem, 5. Método de prueba de Einstein: la falacia de ignoratio elenchi, o conclusión irrelevante.

Los datos de Eclipse de 1919-1973 verifican que la predicción de Einstein realmente no funciona

Según el sitio web en línea de Einstein: “Con repeticiones de mediciones de eclipses durante el próximo medio siglo, los astrónomos pudieron mejorar la precisión de estos primeros resultados solo en un factor dos, lo que arrojó una confirmación de la relatividad general dentro de aproximadamente un diez por ciento. El avance se produjo en 1967 al darse cuenta de que las mediciones simultáneas con un conjunto de radiotelescopios (especialmente, “Interferometría de línea de base muy larga”) podrían utilizarse para medir la desviación de la luz con mucha mayor precisión “. ( http://einstein-online.info )

La interferometría de línea de base muy larga también podría usarse para probar que la Ley de gravitación de Newton es correcta. Significa al mismo tiempo, y hay dos teorías en conflicto, pero ambas teorías se consideran verdaderas según VLBI. Por supuesto, es algo inusual que sucede en la ciencia.

Mediciones de VLBI: solo una puede ser correcta – Gatot Soedarto – Medium

Según Einstein, la luz de la estrella visible alrededor del sol se inclinaría hacia adentro, hacia el sol en el momento en que pasa a través del campo de gravedad del sol. Einstein calculó el nivel de su desviación y predijo que para las estrellas observadas como las más cercanas al Sol, su desviación fue de aproximadamente 1.75 segundos de arco.

Durante más de 100 años, todos los físicos y astrofísicos están muy familiarizados con la ilustración de la Figura 1 anterior; pero, ¿se dieron cuenta de que la ilustración anterior no tiene ningún significado? No tiene sentido es lo mismo con tonterías. La ilustración anterior muestra exactamente cómo Einstein ha sido incapaz de comprender la astronomía.

¿Cuál es la razón?

Esta predicción no tiene sentido científicamente en astronomía cuando no se explica la altitud del Sol.

Las cosas importantes a tener en cuenta, la cantidad de 1.75 segundos de arco sin mencionar la altitud del Sol como objeto de observación. Este es un error fatal; o algo así como una broma; porque la desviación de la luz estelar siempre variará dependiendo de la altitud del objeto de observación.

¿Por qué no sabían tonterías? – Gatot Soedarto – Medio

La física de Newton no estaba “equivocada”, pero estaba incompleta, por lo que no pudo responder a todas las preguntas que la gente intentó usar para responder. Resulta que, dentro de ciertos límites, los resultados de la mecánica moderna son indistinguibles de los de la mecánica nerwtoniana.

La física cuántica se ocupa del comportamiento de las cosas que se encuentran en el espacio y el tiempo, con algunas calificaciones o acertijos que tienen problemas para las personas enredadas. La relatividad se ocupa del espacio y el tiempo sin decir mucho sobre la individualidad de las cosas que operan en el espacio y el tiempo.

Ambas teorías han sido increíblemente capaces de describir y predecir fenómenos del mundo natural. Pero el hecho de que no se conectan entre sí sugiere que nuestro mapeo del universo en la teoría aún no está completo.

Algunos de los físicos que escriben sobre Quora dicen que la teoría cuántica de campos puede explicar los descubrimientos de estos dos tipos de teorías anteriores. Pero no hay indicios de que la relatividad o la mecánica cuántica se contradigan.

En el sentido de que ninguna de las teorías nos fue transmitida sin error, por una Deidad, ambas son obras del Hombre y, por lo tanto, están sujetas a prueba. Así es como funciona la ciencia.

La relatividad ignora todos los efectos cuánticos, ya que solo proporciona “constantes universales”. De esa manera puede usar los métodos de cálculo diferencial y sumas infinitas, para generar un resultado de campo clásico.

La mecánica cuántica ignora todo el espacio-tiempo, ya que proporciona efectos locales finitos (de nuevo, “constantes universales”).

Ambas son aproximaciones, para convertir todas las tareas en tareas que nuestras herramientas pueden manejar. Necesitamos mejores herramientas, para manejar tareas más robustas directamente.

En realidad, la física cuántica y la teoría de la relatividad se llevan mucho mejor de lo que yo y mi esposa podemos llevarnos bien.

Si mi esposa y yo no nos llevamos bien, eso no significa que uno de nosotros esté realmente equivocado. Puede ser porque me gustan los dulces y a ella le gustan los chiles. … Del mismo modo, si la física cuántica y la teoría de la relatividad no se llevan bien, no significa que uno de ellos esté realmente equivocado. Puede ser porque a la física cuántica le gustan los microbios y a la teoría de la relatividad le gustan las luciérnagas.

Incluso si mi esposa y yo no nos llevamos bien a veces, vivimos juntos como una familia. Del mismo modo, incluso si la física cuántica y la teoría de la relatividad no se llevan bien, viven juntas como una bella física.

La mecánica cuántica relativista es un intento exitoso y útil de combinar la física cuántica y la teoría de la relatividad. (Le gustan las luciérnagas microbianas).

No, la física cuántica y la teoría especial de la relatividad se unieron para producir la mecánica cuántica relativista, así que corrija su conocimiento. Pero si se refiere a la relatividad general, entonces sí, hay un problema que aún no se ha resuelto, es cómo se cuantifica el espacio-tiempo. de ellos son correctos en su dominio, el problema de la cuantificación del espacio-tiempo está bajo estudio extenso, que podría resolverse algún día.

Sir Alec Guinness realmente no se llevaba bien con Sir Laurence Olivier, quien a su vez detestaba a Marylin Munro. ¿Eso impide que alguno de ellos sea un gran actor? Por supuesto no. Porque actuaron individualmente, no como resultado de las habilidades del otro.

La relatividad y la mecánica cuántica son así. Ambos son geniales en lo que hacen.

Un día podría aparecer el equivalente de Kenneth Brannagh (a quien todos aman). Podemos permitirnos esperar.

La teoría de la relatividad de Albert Einstein tenía la intención de explicar ciertos fenómenos que la mecánica newtoniana no podía, a saber, en el extremo de velocidades muy altas, la mecánica newtoniana está equivocada. La relatividad era esencialmente una imagen más completa de la mecánica.

Dicho esto, esto no significa que la mecánica newtoniana estaba completamente equivocada, y que debemos tirar todo lo que aprendimos de la mecánica newtoniana. A bajas velocidades, del tipo que experimentamos a diario, la mecánica newtoniana sigue siendo correcta.

Del mismo modo, cuando y si llegamos a una teoría más completa de cómo funciona el universo, no significa que tendremos que tirar todo lo que aprendimos de la mecánica cuántica o la teoría de la relatividad.

Es más probable que descubramos una capa más profunda de comprensión y que tengamos que modificar ligeramente nuestra comprensión de ciertas cosas.

No creo que signifique que están equivocados o que uno está equivocado y el otro correcto. Ambos se han utilizado para hacer predicciones críticas y en ambos casos estas predicciones se han verificado con observaciones. La teoría de la relatividad ha demostrado ser correcta una y otra vez, ya que ha sido probada una y otra vez. ¡Sin embargo, el modelo estándar también ha producido algunas de las predicciones más sorprendentes y precisas de la historia! Por lo tanto, creo que significa que la comprensión de la realidad es incompleta. Quizás algo necesita unir a los dos. La teoría de cuerdas, por ejemplo, es un buen candidato.

¿Has oído hablar de las teorías de campo cuántico? Mientras solo se habla de teoría especial de la relatividad, todo encaja muy bien entre sí.

Cuanto más profundizamos en la naturaleza de la materia y la existencia, más infinitamente incomprensible es para la mente humana.

Pero es divertido jugar con ecuaciones y teorías.