¿Son los campos cuánticos una verdadera entidad física o simplemente construcciones matemáticas?

Gracias por A2A

En sus detalles expresa su deseo de mantenerse alejado de la ontología y la metafísica, así que intentaré honrar eso.

Siempre que tenemos construcciones matemáticas en física, la cuestión de si describen entidades físicas verdaderas se reduce a “¿mi construcción predice resultados físicos mejor que cualquier otro modelo?”.

Está claro por este estándar que los campos cuánticos son tan “reales” como, por ejemplo, la gravedad. ¿Por qué? Debido a que muchas cosas (ejemplos a continuación) no pueden explicarse sin QF, al igual que muchas cosas no pueden explicarse sin gravedad. ¡Esto implica que QF y sus entidades peculiares, partículas virtuales, son cosas reales!

Hoy es difícil de creer, pero la gravedad se consideraba una mera “construcción matemática” para los compañeros de Netwon. Del mismo modo, los fotones cuando se introdujeron por primera vez …

Entonces las partículas virtuales son “entidades reales”. Ahora las cosas se ponen raras: la física cuántica nos dice que nada se fija realmente hasta que se observa, mide, interactúa, etc.

Entonces, las partículas virtuales nunca se observan directamente. Sin embargo, observamos cosas que no se pueden explicar sin ellas. La interacción fotón fotón aisladamente viola la física, pero tales interacciones ocurren en ‘vacío’ todo el tiempo. La forma en que esto se explica con QF es que se crea un electrón y un positrón espontáneos y absorbe un fotón o fotones de entrada y crea uno o más fotones de salida. Entonces, cuando vemos una conversión paramétrica espontánea, somos testigos del colapso de una función de onda de partícula virtual. Las partículas virtuales siempre están, antes de generar partículas observables, en un estado en el que su comportamiento realmente no tiene significado. Por supuesto, como argumenta John Gould en los comentarios, ¡eso es cierto para todas las partículas!

Insto a los espectadores a mirar de cerca la respuesta de Simon Bridge:

(extracto) – “Los físicos están ampliamente divididos sobre el tema. El campamento principal dice que es real si puedes medirlo … todo lo demás son matemáticas. El otro gran campamento dice que los campos son la realidad detrás de las mediciones, y las mediciones prueban su existencia. ”Breve – Buena respuesta.

No soy físico, pero he pasado años luchando con problemas como este.

Entonces … déjame agregar en la perspectiva de un laico.

Ya sea 1., todas las partículas cuánticas que observamos son excitaciones de uno o más “campos” que impregnan el espacio y que nunca se han medido directamente. Es decir, las partículas son manifestaciones de esos campos (o campo, singular …).

O, 2.1, todas las partículas son absolutamente reales, sin la necesidad de una explicación de campo; existen como objetos REALES e independientes. (Por cierto … ¿la teoría de cuerdas sugiere esta buena pregunta, creo …?)

Entonces … volviéndolo en mi cabeza … tengo que votar por el número 1., arriba. Mi mejor evidencia es que todas las partículas conocidas siguen algunas “reglas” de construcción y comportamiento. Casi todas esas reglas, demostradas por medición, apuntan hacia una relación entre partículas (teoría de quark, convergencia de fuerzas, etc., etc.) que se rige por una propiedad del espacio aún por descubrir.

Las sugerencias tentadoras: dualidad de onda, túnel cuántico, “acción a distancia”, la maleabilidad del tiempo, etc., etc. parecen apuntarnos hacia un “campo” que lo abarca todo, que puede estudiarse mediante análisis armónico *, o mutación de partículas

Lo confieso … Mi mente se puso en este camino (pero he cambiado de opinión … ¡varias veces!) Por un libro que leí hace 50 años. (sí, dije 50): “Música de las esferas” de Guy Murchie.

* Cuando hablo de esta manera … a muchos de mis amigos les gusta responder: “¡¡Oh, Pat … suenas como un pitagórico … !!

Ah, el estado ontológico de los campos de QFT. Nadie lo sabe, depende de la definición filosófica de “real”.

Los físicos están ampliamente divididos sobre el tema. El campamento principal dice que es real si puedes medirlo … todo lo demás son matemáticas. El otro gran campamento dice que los campos son la realidad detrás de las mediciones, y las mediciones demuestran su existencia.

No parece haber una forma objetiva de resolver el problema, aunque apuesto a que encontrarás personas que no estarán de acuerdo conmigo.

Caigo en el campo de medición: no hay ninguna razón para aceptar algo como real a menos que haya buena evidencia para demostrar que es real … y que, por definición, es lo que puedes medir.

Dame un ejemplo de una “entidad física verdadera” y estaré encantado de compararlo con un campo cuántico. Obviamente, este último está un poco más lejos en el espectro de abstracción de cosas como las rocas, pero una vez que comienzas a preguntar de qué está hecha la roca, es bastante obvio que cada vez que adjuntamos una palabra a una cosa , estamos abstrayendo la cosa no menos que cuando digamos que un electrón es una instanciación del campo de electrones.

Los seres humanos son entidades físicas; puedes tocarlos y sentirlos. Los seres humanos se alinean de acuerdo con sus puntos de vista, etc. Estas alineaciones no son entidades físicas. Son importantes para comprender el comportamiento de los seres humanos.

Las cargas eléctricas son entidades físicas; puedes tocarlos y sentirlos. Las cargas eléctricas se alinean de acuerdo con sus cargas. Estas alineaciones se llaman campos eléctricos; No son entidades físicas. Son importantes para comprender el comportamiento de las cargas eléctricas.

Hipotéticamente hablando: las cadenas de la teoría de cuerdas son entidades físicas. Las cadenas se alinean de acuerdo con su ???. Estas alineaciones se llaman ??? campos; No son entidades físicas. Son importantes para comprender la formación de partículas.

¿De qué campos cuánticos mutuamente excluyentes preguntas? Cualquiera que le diga que uno de estos es una “verdadera entidad física” está demasiado interesado en su modelo favorito:

¿Los campos cuánticos de la mecánica cuántica de Schrodinger?

¿Los campos cuánticos de la mecánica cuántica relativista de Dirac?

¿Los campos cuánticos de la electrodinámica cuántica?

¿O los campos cuánticos una de las numerosas Teorías de Cuerdas?

Las ecuaciones de campo predicen con precisión la realidad de las mediciones que hacemos. Eso es todo lo que podemos decir. La mecánica cuántica es muy buena para explicar cosas que no entendemos. Me enseñaron que no hay modelos perfectos, pero algunos son útiles.

No solo los campos cuánticos son reales, en última instancia, pueden ser las únicas cosas que son reales. Todo lo demás emerge de su interacción. Por supuesto, también construimos modelos matemáticos en nuestros intentos de comprender y explicar estos campos.

Puede preguntar: “¿Pero qué son los campos en realidad?”

Algunos dirían que son diferentes formas de energía. Mi opinión es que los campos son información y las formas en que particiones específicas de información interactúan entre sí y con ellos mismos a través de varias dimensiones. El universo y el vacío están llenos de información y sus relaciones.

Si los campos cuánticos no fueran entidades físicas verdaderas, entonces no estaríamos usando esta computadora ya que los diodos y los transistores requieren que los efectos cuánticos sean reales para funcionar realmente.