¿Por qué se cree que los positrones son electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo?

El problema con la flecha del tiempo es que hay al menos tres flechas de tiempo diferentes. Leer aquí

La respuesta de Anna Lipniacka a ¿Está el vacío del estado fundamental sujeto a entropía? Si no, ¿cuál es la base física del tiempo en un hipotético mundo de vacío perfecto?

La que percibimos en nuestra vida que define nuestro pasado personal es, probablemente, la flecha entusiasta del tiempo. La flecha del tiempo de interés para electrones y positrones es esta en interacciones fundamentales. Aquí invertimos la flecha del tiempo de manera muy simple, volviendo a etiquetar las partículas entrantes en partículas salientes y viceversa. Y sí, el positrón entrante se trata como un electrón saliente al calcular las probabilidades de estas interacciones, y el positrón saliente se trata como un electrón entrante. En cada pequeña interacción de partículas, la flecha del tiempo es casi perfectamente reversible (a excepción de las interacciones débiles), pero no es reversible a escala macroscópica, donde la suma de estas interacciones lleva a ocupar más y más estados cuánticos disponibles, lo que aumenta la entropía. Entonces el positrón no se mueve a su pasado personal.

En cierto sentido, sí; en cierto sentido, no, y es difícil explicar los detalles precisos de una manera limpia.

Aquí está la imagen esencial. Tomaré QED (en un universo simplificado donde solo existen electrones, positrones y fotones) como mi imagen aquí, aunque todavía se mantiene si hay otros efectos. Uno dibuja “imágenes” (diagramas de Feynman, técnicamente) para representar lo que sucede. El lado izquierdo representará el pasado y el lado derecho el futuro en estas imágenes (para completar, también mencionaré que a veces se dibujan giradas 90 grados desde esto). Luego, estos diagramas se dibujan con “líneas”: las líneas onduladas representan fotones y las líneas rectas representan electrones y positrones (etiquetados con los cuales). Las líneas que entran desde la izquierda representan partículas entrantes (por ejemplo, un electrón inicial) y las líneas que salen representan partículas salientes (por ejemplo, un fotón saliente).

Esencialmente, hay un “tipo de interacción” (vértice; es decir, intersección entre múltiples partículas) en este modelo: un electrón emite / absorbe un fotón (por lo que hay un electrón dentro, un electrón fuera y un fotón dentro o fuera ) Ahora, uno también puede (con esta misma interacción) “voltear” un electrón saliente a un positrón entrante (o viceversa). Entonces, uno obtiene múltiples interacciones “gratis”: un electrón emite / absorbe un fotón, o un electrón y un positrón se aniquilan y hacen un fotón en el proceso, o un fotón se divide en un electrón y un positrón, o un positrón emite / absorbe un fotón

Ahora, aquí es donde entra la “simetría” en la imagen. En lugar de tener estos cuatro procesos diferentes, simplemente dice acerca de los que tienen un positrón “OK, así que todavía tiene un electrón saliente, ¡simplemente va hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha!” Y, debido a muchas complejidades, obtendrá todos los mismos resultados si haces esto. (Mire los cuatro procesos que mencioné anteriormente; la única diferencia es si el electrón “entra” y “sale” de la izquierda o la derecha, del pasado o del futuro). Entonces, en este sentido, sí, pero tenga en cuenta que es más complicado que solo esa “materia = antimateria”, ¡el hecho de que las líneas “apuntan hacia atrás” son muy importantes!

[Aparte 1: Tenga en cuenta que no significa que (por ejemplo) todo el universo es un electrón, avanzando y retrocediendo en el tiempo; en cierto universo, podría , pero hay muchos detalles técnicos en nuestro caso que hacen que sea una pregunta mucho más complicada de lo que podría haber sido con una física diferente.]

[Aparte 2: tenga cuidado de no enredarse con sus palabras; sin una comprensión muy sólida del material matemático real, es muy fácil formular argumentos que suenen razonables, pero que en realidad son solo combinaciones desafortunadas de simplificaciones excesivas. Por lo menos, no extrapoles demasiado más allá de lo que se te puede decir directamente hasta que entiendas algo de matemática detrás de las cosas sin la guía de alguien que lo haga.]

Ahora, entrando en sus preguntas más detalladas: los agujeros de gusano son complicados, en parte porque QFT generalmente se formula en el espacio-tiempo plano, por lo que esto será un poco más especulativo (tanto para la física como para mi conocimiento detallado del material) Yo generalmente escribía. Sin embargo, diré lo que creo que puedo afirmar con seguridad.

Lo más relevante: no, no volcaría la carga ni nada de eso como lo has ensamblado. Esto se debe esencialmente a que, una vez que estás fuera del agujero de gusano (como entiendo lo que has dicho), estás avanzando en el tiempo nuevamente. Piense en ello (en alguna aproximación) como la diferencia entre un “giro en U” en el tiempo y un “bucle de bucle” en el tiempo. Tu agujero de gusano es un bucle: seguro, terminas detrás de donde empezaste, pero aún sigues adelante. Un giro en U tiene la propiedad de que realmente retrocede continuamente , y eso es lo relevante, porque es solo (en la medida en que puedo decir esto sin matemáticas completas) una antipartícula cuando en realidad está retrocediendo.

Una nota final: la materia y la antimateria son bastante similares a la izquierda y la derecha (en la vida cotidiana). Son cosas muy claramente diferentes; sin embargo, en el mismo punto, existe una especie de simetría entre ellos (que se puede precisar, hasta algunos detalles técnicos, al señalar que están “retrocediendo en el tiempo” uno con respecto al otro).

Si bien no hay forma de probar esto de una forma u otra porque cualquier experimento que hagamos solo puede reflejar “ahora”, no podemos hacer una determinación en el futuro, y las ecuaciones de movimiento de una partícula son reversibles en el tiempo. Sin embargo, eso no significa que deba tomar una interpretación literal de las matemáticas. No todas las soluciones matemáticas corresponden a la realidad. Como un ejemplo obvio, supongamos que hay un tren de masa m moviéndose a lo largo de una línea y se nos da la energía cinética. ¿Cuál es su velocidad? Bueno, cuando tomas la raíz cuadrada de v ^ 2 obtienes +/- v. No interpreto eso como dos trenes que van en direcciones opuestas. Lo que hago es tomar el valor positivo y luego tratar de encontrar la dirección por algún otro medio. Creo que tenemos lo mismo aquí. En una interacción dada, las matemáticas pueden ser más fáciles de manejar con un positrón que es un electrón que retrocede en el tiempo, pero me da problemas con la causalidad.

Como ejemplo, tome el isómero 95mTc, que tiene una vida media de 61 días, y suponga que tenemos una muestra de este tipo en un vacío total. ¿Cómo sabe la fuente del “futuro electrón” enviar un electrón de vuelta en el tiempo para que llegue exactamente en el instante en que el núcleo decide decaer estadísticamente? Y dado que la captura de electrones también es posible, ¿cómo sabe esta fuente distante que un electrón ordinario no será capturado? Prefiero pensar en el positrón como un electrón equivalente con carga positiva.

No es una observación experimental, es simplemente un truco mnemotécnico para recordar cómo configurar los propagadores correctamente al calcular las amplitudes de los diagramas de Feynman. Dibujamos todas las líneas antipartículas que van hacia atrás en el tiempo.

¿Las antipartículas realmente se mueven hacia atrás en el tiempo? Si me puede dar un método empírico para notar la diferencia, decidiré lo que pienso; hasta entonces, es divertido imaginarlo: tal vez hay literalmente solo un electrón en todo el universo, avanzando en el tiempo aquí y regresando allí como un positrón. (Eso realmente no funciona: no hay tantos positrones flotando como electrones. Pero es lindo).

No debes tomar estas mnemotecnias matemáticas demasiado en serio.

No se cree que lo sean.

Se cree que los positrones, aparentemente como todo lo demás en el universo, observa simetría de carga / paridad / tiempo. Entonces, si imagina un electrón retrocediendo en el tiempo, con la carga invertida y yendo en la otra dirección con el giro invertido, lo que obtienes es indistinguible de un positrón.

Como son indistinguibles, no hay ningún experimento que pueda mostrar uno y no el otro. Es otra forma de pensar sobre los fenómenos experimentales, que pueden conducir a diferentes percepciones.

A Richard Feynman se le ocurrieron primero algunos detalles de que un positrón es en realidad un electrón que viaja hacia atrás en el tiempo.

Para explicarlo en términos simples, déjame asumir que tenemos un positrón lo suficientemente feliz (estable) en un área desprovista de materia. Ahora aplica un campo eléctrico a ese contenedor. El positrón que está cargado positivamente se aleja del terminal positivo hacia el terminal negativo.

Ahora considere que tiene un electrón en un contenedor idéntico separado y le aplica un campo eléctrico. Aquí se mueve hacia la terminal positiva. Grabe en video el movimiento del electrón, reproduzca la cinta hacia adelante y luego, tan pronto como el electrón llegue muy cerca del terminal positivo, rebobine y voilà lo que ve en la secuencia de electrones “tiempo inverso” es en sí mismo el movimiento del positrón. Entonces, Feynman teorizó que el positrón es solo un electrón (considerando sus otras propiedades), pero nos da la ‘apariencia’ de que está cargado positivamente porque sigue el camino seguido por una carga positiva bajo la influencia de los campos, mientras que en realidad puede ser un electrón simplemente retrocediendo en el tiempo y volviendo sobre su camino original hacia atrás.

A Richard Feynman le encantaba explicarlos así (de 1: 05: 15-1: 11: 32);

En un sistema donde todas las leyes de la física son reversibles en el tiempo, no podrías encontrar una dirección de causalidad. Pero dado que solo tenemos esta ley única que no es reversible en el tiempo (Segunda ley de la termodinámica), en realidad tenemos una dirección de causalidad. La ley trata esencialmente sobre la extrema probabilidad de entrar en una situación en la que la entropía (una medida del desorden) llega a ser más baja dentro de un sistema cerrado, debido a las muchas más posibilidades de entrar en más desorden que en menos desorden.

Sin embargo, si la dirección de la causalidad en realidad todavía era del futuro al pasado, entonces es solo un comienzo increíblemente alucinante (a menos, por supuesto, que el futuro lejano pueda terminar de alguna manera en una disminución de la entropía, lo que lo haría bastante simétrico). Nuestra flecha psicológica del tiempo en realidad iría hacia atrás, en comparación con la dirección de la causalidad, ya que solo puede seguir la flecha termodinámica del tiempo.

Esto parece concluir que los positrones realmente no pueden ser electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo, ya que la causalidad apunta hacia la otra dirección, pero cuanto más “nos acercamos” al espacio y al tiempo de los microestados, menos obvia es esta entropía creciente. Richard Feynman mencionó que a niveles microscópicos los positrones pueden ser electrones que retroceden en el tiempo, sin violar ningún principio causal (de 1: 36: 00–1: 38: 11 del mismo video).

Personalmente, nunca entendí eso, ya que parece que deberíamos poder concluir que la dirección de causalidad (lo que sea que sea fundamentalmente) encontrada por los fenómenos a gran escala, debe permitirse interpolar hacia escalas pequeñas.

Tal vez sea similar a cómo la energía se conserva perfectamente a grandes escalas, pero a pequeñas escalas obtenemos cosas como túneles cuánticos porque a esas escalas se puede “tomar prestada” energía del futuro. El túnel cuántico en sí mismo se observa a gran escala en, por ejemplo, las pantallas táctiles de nuestros teléfonos inteligentes. O de manera similar, los fotones que tienen una amplitud para ir más rápido o más lento que c a escalas pequeñas, pero esto se ‘promedia’ a grandes escalas. Algo que, nuevamente, aún notamos a escalas más grandes, porque los fotones virtuales son responsables de la fuerza electrostática.

Pero el comportamiento tanto de la conservación de la energía como de la velocidad de la luz a pequeña escala es solo el resultado del principio de incertidumbre. No estoy seguro si la conclusión de Feynman de no violar ningún principio causal tiene algo que ver con eso. Cualquiera que sepa, por favor hágamelo saber en los comentarios …

Usted no entendió el concepto del diagrama de Feynman, es una representación convencional, por lo que uno puede diferenciar entre el electrón y su antielectrón (el positrón), por lo que no hay indicación de que viaje con velocidad de la luz, y no puede.

Nada se mueve hacia adelante o hacia atrás en el tiempo. Nada se mueve hacia adelante o hacia atrás en el tiempo. Nada se mueve hacia adelante o hacia atrás en el tiempo.

Aplique una transformación CPT en las simetrías discretas y continuas de un campo de electrones, ¿y qué obtiene?

Esto es lo que se llama inversión de simetría.

En efecto, en el espacio-tiempo, uno puede eliminar partículas, suponiendo que estas son otras partículas que se invierten. Las ecuaciones coinciden exactamente, y también lo hace el modelo. Realmente viola la flecha del tiempo, pero esa es nuestra idea, no la de la naturaleza.

Si. Se deduce de la simetría CPT: las cosas permanecen igual si invierte la carga (C), la paridad (P) y el tiempo (T). La antimateria tiene una carga y paridad opuestas en comparación con la materia, por lo que la antimateria es materia que retrocede en el tiempo.

Las leyes de la física siguen la simetría CPT. Un positrón tiene carga y paridad opuestas (antimateria) de un electrón, por lo que sigue las mismas ecuaciones si hace que el tiempo sea negativo. Ver http://en.m.wikipedia.org/wiki/C …

Vea su observación experimental y no, solo lo hacemos para que los cálculos sean más fáciles. Eso es todo lo que hay en la teoría del tiempo inverso. Es solo una forma matemática de simplificar las cosas. No hay un significado físico relacionado con ello.

No es tan creído. Es solo una bonita forma de dibujar los diagramas. Matemáticamente, un positrón que se mueve hacia adelante en el tiempo puede tratarse de la misma manera que un electrón que se mueve hacia atrás en el tiempo. Esto puede hacer que algunas interacciones sean más fáciles de entender / Pero es una memoria auxiliar, no un hecho físico. Hasta donde sabemos, no hay viajes atrás en el tiempo.

Hay una discusión sobre el positrón en el enlace que he pegado a continuación, aunque no dice nada sobre John Wheeler. No tengo forma de saber qué pensó John Wheeler. no importa por qué.

¿Por qué se cree que los positrones son electrones que se mueven hacia atrás en el tiempo?

No estoy completamente seguro. Sin embargo, si este fuera el caso, trae a la mente otra pregunta sin respuesta, ¿a dónde se fue la antimateria primordial? ¿Es el caso de que no ‘se fue’ a ninguna parte y que ya no está en nuestro marco de referencia (tiempo)?

Con esto en mente y dado que los campos de gravedad parecen estar representados por un tensor simétrico, ¿se relacionarían tales conceptos y condiciones con las teorías sobre la materia oscura y la energía oscura?

Nada realmente “se mueve” a través del tiempo. Lo que se podría decir es que un electrón creado ahora y destruido más tarde es lo mismo que un positrón destruido ahora y creado más tarde … ☺

Más allá de mi experiencia real, pero creo que una forma de pensarlo es que el tiempo es solo uno de varios grados de libertad junto con carga, giro, etc. Entonces, si un positrón tiene el signo opuesto en el grado de libertad de “carga” , ¿por qué no lo mismo en el grado de libertad “temporal”?

Encaja perfectamente en una teoría de agujeros negros de supersimetría multiverso de todo. Si la “antimateria” se mueve hacia atrás en el tiempo, quizás nuestro propio universo es un agujero negro que se mueve hacia atrás en el tiempo desde nuestra singularidad.