¿Existen realmente los campos? ¿No podría ser que el campo emerge después de colocar la partícula, al igual que en la mecánica cuántica, donde las partículas actúan como si tuvieran posiciones bien definidas solo cuando se observan?

Para comenzar desde lo simple; campos eléctricos, magnéticos, gravitacionales y cualquier campo que represente una fuerza. Una fuerza debe actuar sobre una masa. No se puede ejercer una fuerza sobre una carga pura … esto es hipotético, por supuesto, porque no hay cargas sin una masa en reposo. Una fuerza que actúa sobre una masa significa aceleración. Tomando el campo eléctrico como ejemplo, la fuerza (de Coulomb) es proporcional a q1 q2 / (r12) ^ 2, donde q1, q2 son las cargas y r12 es la distancia de separación entre los dos, con las coordenadas tomadas a lo largo de esta línea. Si tiene muchas cargas, el campo o la fuerza en una carga de prueba toma la suma de todas esas fuerzas, y necesitamos usar vectores ahora ya que las direcciones r son diferentes.

Claramente, sin fuentes (cargos) tales definiciones no son posibles. Pero la idea de campo es extremadamente útil. Porque puedes olvidarte de las fuentes y pueden estar en millones o más y tener una sola expresión simple sobre la fuerza resultante de todas ellas. Por ejemplo, si tiene dos placas de un condensador, la fuerza o el campo en una carga de prueba en el medio es (casi) constante … un solo número, mientras que si toma las fuentes, debe considerar un número infinito de fuentes . Entonces, uno puede ver los campos y las partículas como imágenes complementarias … en el espacio intermedio hay un campo, pero en el punto exacto donde existe la partícula, es una partícula … y el campo no se define como una singularidad. (infinito) en la posición de origen. El caso de una distribución de carga continua es solo teoría y no existe en la realidad hasta donde yo sé.

La idea de que el campo existía por derecho propio era tan antigua como Maxwell y provenía de la radiación. Maxwell dice en el tiempo entre el envío de una señal y su recepción, dónde está la energía y el impulso … sabemos que están allí, porque pronto golpearán al receptor y harán que algo suceda. Entonces dijo que la energía debe almacenarse en la onda de propagación … Esta idea no era nueva, ya que las ondas de sonido y todas las demás ondas materiales hacen lo mismo … la energía se almacena en el estrés de propagación en el medio … y esto podemos vemos y fotografiamos en el caso de las ondas sonoras, donde vemos series de regiones de compresión y rarefacción en las que la energía cinética se transforma en energía potencial (presión / electrostática) y se propaga de nuevo a la velocidad del sonido. El problema es que en el caso electromagnético no tenemos un medio … tenemos vacío, por lo tanto, esto resultó en la invención de la teoría del éter, solo para resolver este problema.

En el momento de Maxwell, la gente pensaba que entendía completamente el mundo y que no deberíamos aceptar nada que no tenga una explicación lógica simple. Después de tantos años de aprendizaje y muchos nuevos resultados extraños que no podemos explicar … ahora somos más “maduros” y podemos aceptar que hay muchas cosas que no podemos explicar. Sin ser tímidos al respecto, ahora podemos decir que el campo electromagnético se propaga como una onda en el espacio ‘vacío’ como si fuera un medio ‘material’ con tensiones que se mueven a la velocidad de la luz que transporta el impulso y la energía.

Pero igualmente sin ser tímidos al respecto, podemos decir que cuando un electrón baila en un lugar, todos los demás electrones en el universo bailan, pero lo hacen a un nivel atenuado (el cuadrado inverso) y un tiempo retrasado como si se moviera con la velocidad de la luz, y sin nada entre la fuente y el receptor. Las dos versiones son tan ‘ilógicas’ hasta donde puedo ver … pero describen lo que sucede y eso es lo máximo que podemos desear. Sin embargo, la segunda imagen podría ser un poco más ventajosa, ya que no es necesario inventar nuevos portadores de fuerza virtuales para campos de fuerza estáticos, y no hace una gran diferencia entre las diferentes fuerzas, es decir, las mira a todas manera unificada Donde aparece la verdadera diferencia es cuando hablamos de la energía del vacío, o cuando decimos que el universo era solo radiación y no importa … si alguno de estos se prueba, entonces los campos son reales, de lo contrario no es necesario que lo sean.

Aquí está mi respuesta, tomada del Capítulo 10 de mi libro (que puedes leer gratis en quantum-field-theory.net):

“Para aquellos que creen que hay una realidad y que quieren entenderla, Robert Oerter describió la elección de esta manera:

¿Ola o partícula? La respuesta: Ambas, y ninguna. Podrías pensar en el electrón o el fotón como una partícula, pero solo si estuvieras dispuesto a dejar que las partículas se comporten de la extraña manera descrita por Feynman: aparecer de nuevo, interferir entre sí y cancelarse. También podría pensarlo como un campo u onda, pero tenía que recordar que el detector siempre registra un electrón o ninguno, nunca la mitad de un electrón, sin importar cuánto se haya dividido o extendido el campo. Al final, ¿es el campo solo una herramienta de cálculo para decirle dónde estará la partícula, o las partículas son solo herramientas de cálculo para decirle cuáles son los valores del campo? Elige tu opción. – R. Oerter ( O2006 , cap. 6: “Las partículas de Feynman, los campos de Schwinger”, p. 128)

“Pero antes de elegir, echemos un vistazo a algunas de las cosas que QFT ha logrado:”

[Luego enumero 19 éxitos de QFT, incluyendo una solución al “problema de medición” y una explicación de la “acción a distancia atemorizante” de Einstein.]

“Bueno, ¡esa es una lista de logros! Con todo eso, seguramente debe preguntarse por qué QFT no ha sido aceptado, si no aceptado, por la comunidad física y el público. Bueno, hay un inconveniente. Para cosechar esos beneficios, debemos aceptar que:

“Los campos cuánticos se describen matemáticamente por vectores en el espacio de Hilbert, no por números simples.

“QFT no nos dice cómo interactúa un cuanto con su propio campo

“QFT no nos dice por qué o cuándo ocurre el colapso cuántico.

“El colapso cuántico es instantáneo (es decir, no local).

“Y así, querido lector, la elección es tuya. Espero que, como Frank Wilczek, Steven Weinberg, Sean Caroll, Art Hobson, Julian Schwinger (y yo), elija la única teoría que ofrezca una imagen de la realidad que sea comprensible y tenga sentido. Y espero que algún día la comunidad de física finalmente abandone el barco QM hecho de partículas que flotan en un mar de paradoja para navegar más suavemente en los mares de campos cuánticos “.

¿Los campos realmente existen o son solo conceptos? Si es así, ¿existieron antes o después de las partículas?

Pareces pensar que las “partículas” existen de una manera que los “campos” no existen, pero ambos conceptos son solo eso: conceptos abstractos.

Esos conceptos abstractos han demostrado ser extremadamente útiles para modelar la realidad (sea lo que sea) y para producir predicciones confiables. Suficientemente confiable para crear la entidad increíblemente compleja que le permite leer esta misma respuesta. Parece casi seguro que algo existe para que eso suceda. ¿Eso incluye campos y partículas? ¡Quién sabe! Pregúntale a un filósofo …

Los conceptos son una cosa fabulosa. La existencia es una simple bagatela en comparación. Decir que algo es “solo” un concepto en lugar de “existente” subestima el poder de los conceptos y sobreestima el poder de la existencia 🙂

Los campos, junto con las partículas y todos los demás conceptos en Física son solo eso, conceptos. Sin embargo, encontramos que cuando usamos tales conceptos para predecir el comportamiento del Universo que podemos medir, generalmente lo hacemos con un alto grado de éxito. Esa correspondencia entre lo que está en nuestras cabezas y lo que está fuera de ellos nos permite difuminar la distinción y salirse con la suya.

Sin embargo, ahora que escribí eso, también hay quienes piensan que las matemáticas, es decir, los conceptos, pueden ser la realidad última. Este es un pensamiento realmente profundo y no científico, en la actualidad, porque no sabemos cómo determinar si se puede probar o no. Sin embargo, es bastante interesante.

Si. Michael Faraday inventó nos dio la construcción de campo como física. Es más fácil trabajar con él si se trata de una construcción matemática abstracta. Los campos, al menos los campos eléctricos y magnéticos, son reales. Faraday demostró los campos con limaduras de hierro; Si las limaduras de hierro no sucumbieran a la gravedad, formarían una cubierta visible alrededor del imán.

Es como los especialistas en QM que describen el electrón como un conjunto de probabilidades cuando esas probabilidades describen las posiciones del electrón en la nube de electrones. Esa nube de electrones es un campo electromagnético y tiene fuerzas que se pueden sentir / detectar. Tal vez sea mejor pensar en los electrones de esta manera que como un conjunto de probabilidades. De esa manera, los campos se volverán tan reales como los propios electrones.

Eso depende de lo que quiere decir con “campo” y “existe”. Si usa la definición de campo como una construcción matemática por la cual se puede atribuir el valor de algo a cada posición, ¡entonces lo acaba de crear! Sin embargo, si quiere decir, ¿hay algo físico que represente las ecuaciones, entonces supongo que sí, porque lo que tenemos es la capacidad del “campo” en esa posición para dar efectos físicos. Además, si construyes electromagnetismo, tu campo tiene que almacenar energía o la ley de conservación de la energía se va. Lo mismo para la gravedad: la energía potencial tiene que estar en alguna parte. Eso, por supuesto, no responde a la pregunta, ¿cuál es el campo físicamente en lugar de matemáticamente? No estoy convencido de que nadie lo sepa.

En primer lugar, admitamos que lo que observamos en el Universo es estrictamente “volúmenes” y “trayectorias”; y los hemos estado observando desde hace milenios. Lo que significa que hemos estado observando “geometría” simple.

Los campos se pueden aplicar a la geometría como “volúmenes” que contienen una cierta densidad de energía. Por ejemplo, el universo es un “campo” que contiene la “energía expansiva” (de hecho, cinética). Una galaxia es un campo que contiene una cierta densidad de “energía de masa” (también cinética), y así sucesivamente.

La mejora cuando considera los “campos” es que analiza volúmenes espaciales geométricos del 100% del universo en lugar de considerar solo la “materia” que ocupa el 5% del Universo y perturba el 30% de este. Por lo tanto, sus observaciones deben brindarle una mejor información realista.

Entonces sí, los campos existen y no son “construcciones matemáticas abstractas”; Se observan los volúmenes espaciales existentes.

Observaciones que se convierten en el tipo de explicaciones que expliqué en mi último libro, gratis en línea, “El nacimiento y la vida de nuestro Universo”.

El nacimiento y la vida de nuestro universo, ensayo, André Lefebvre, Fondation littéraire Fleur de Lys.

Una vista alternativa; Todo el espacio, fuera de las partículas de materia 3D básicas, está lleno de un medio universal que lo abarca todo, estructurado por cuantos de materia. Debido a su estructura, el medio universal está inherentemente bajo compresión. Una partícula de materia 3D, en el medio universal, experimenta compresión de la región distorsionada en el medio universal circundante. Esta propiedad del medio universal es la gravitación. Todas las fuerzas naturales son expresiones de gravitación en varias formas.

La región distorsionada en medio universal que rodea un cuerpo de materia 3D es su campo. Los campos se clasifican según las direcciones de las líneas de fuerzas supuestas, que indican la dirección de acción del campo. Ver: http://viXra.org/abs/1404.0440

Por lo tanto, los campos, al ser regiones distorsionadas en la estructura del medio universal, son entidades reales. Tienen existencia física en el espacio. Son partes del medio universal, que está estructurado por cuantos de materia de dimensiones espaciales inferiores. Somos seres 3D y todos nuestros sentidos e instrumentos están diseñados solo para cuerpos de materia 3D. Somos incapaces de sentir u observar el medio universal o los campos en él. Es nuestra incapacidad para detectar objetos de dimensiones espaciales inferiores lo que nos impide observar físicamente los campos. Ver: ‘MATERIA (reexaminada)’ MATERIA

Este es uno de los casos en los que el positivismo lógico es positivo en lugar de negativo: cuando puede dar un procedimiento para probar algo, entonces sabe que existe. Eso es lo que “existe” significa en física. En este caso, coloca una carga en alguna parte, y ve que se mueve, y eso es lo que significa decir que existen campos eléctricos. La definición de campo es que se define por los efectos que tiene, y esta pregunta que formuló fue la motivación para formular el positivismo lógico.

Los campos existen. ¿Cómo puedo saber? Yo (en realidad mi equipo y yo) los usamos para contener, acelerar y enfocar partículas subatómicas por todo tipo de razones divertidas y fascinantes.

Aquí hay algunos videos interesantes para que los consideres.

PAÍSES BAJOS: LOS CIENTÍFICOS BRITÁNICOS Y HOLANDESOS HACEN LA RANA FLOTANTE EN EL AIRE

Tubo de cobre e imán de neodimio

Cómo construir el tren eléctrico más simple

Dentro del acelerador de partículas más grande del mundo

Cualquier idea en física es una construcción mental que mapea las experiencias sensoriales dentro de nuestras categorías de pensamiento. Estamos obligados a aceptar seriamente la idea de un campo si queremos preservar el principio de conservación del momento lineal, momento angular y energía.

Supongamos que sacudes una carga aquí. Observará que otra carga responde allí después de un tiempo. Para preservar el principio de conservación del momento y la energía, debemos concluir que existe una entidad real que es el asiento del momento y la energía dentro del período intermedio.

Además, es posible describir la evolución del sistema de cargas simplemente a partir de una descripción de la dinámica del campo. Esta es la justificación del concepto de campo.

“¿Cómo sabemos que existe un campo en algún lugar antes de poner una partícula real allí?” Este tipo de pregunta no pertenece a la ciencia en general ni a la física en particular. La física tiene que ver con modelos que dan predicciones y que pueden ser probados por experimentos reales. Hasta ahora, el concepto de campo ha sobrevivido al escrutinio experimental. Eso es todo lo que importa.

Los campos tienen propiedades medibles. La energía está asociada con el campo mismo, y para detectar un campo, podemos arrojar algunas partículas en él y notar que están siendo afectados.

Citando Wikipedia:

En el marco moderno de la teoría cuántica de los campos, incluso sin referirse a una partícula de prueba, un campo ocupa espacio, contiene energía y su presencia elimina un verdadero vacío. Esto llevó a los físicos a considerar los campos electromagnéticos como una entidad física, haciendo del concepto de campo un paradigma de apoyo del edificio de la física moderna. “El hecho de que el campo electromagnético pueda poseer impulso y energía lo hace muy real … una partícula forma un campo, y un campo actúa sobre otra partícula, y el campo tiene propiedades tan familiares como el contenido de energía y el impulso, tal como las partículas pueden tener”. .

Editar: también tenga en cuenta que las partículas son quanta de campo; Fluctuaciones / perturbaciones semi-localizadas en el campo. Como tal, los campos son de hecho más fundamentales que las partículas en nuestras teorías más exitosas.

La radiación es un fenómeno que encontramos todos los días y confirma la existencia de campos. Sí, también se pueden considerar fotones, pero debido a la dualidad onda-partícula, también hay que pensar en ellas como ondas. Y esas ondas no son más que campos eléctricos y magnéticos que oscilan y se propagan en el espacio.

Creo que puede estar hablando de campos clásicos como los campos eléctrico y magnético, en lugar de la teoría del campo cuántico, en cuyo caso tiene la opción de formular E&M solo en términos de fuerzas directas de partículas-partículas. Pero rápidamente te exasperarás si lo intentas. Ver http://jick.net/skept/E_M/ et seq.

No es obvio si es significativo decir que un campo existe o no. Los campos son una forma de explicar los movimientos e interacciones de las partículas. Lo hacen con una precisión extraordinaria, casi perfecta. Si dice que los campos no existen, debe decir que no entendemos cómo funciona el universo y descartar los últimos cien años de física. Si no existen, ¿cómo explica cómo funcionan la electricidad y la gravedad, cómo existen los átomos, etc.? Si lo desea, puede considerarlos como fricciones matemáticas puras. ¿Cómo mejora su comprensión del universo al hacer esto? ¿Qué nuevo conocimiento has adquirido? O puede actuar como si fueran reales, tan reales como cualquier otra cosa, es decir, podemos hacer predicciones sobre ellos que son muy exactas y, lo que es más relevante, muy predecibles.

No podemos decir cómo surgieron los campos y las partículas, eso se pierde en la complejidad del Big Bang. Diría que son dos lados de la misma hoja, dos extremos del mismo trozo de cuerda y, por lo tanto, surgieron, por definición, en el mismo instante.

Aquí hay un campo, con una vaca en él.

Estoy bastante seguro de que el campo existía antes que la vaca.

Tal vez no he entendido la pregunta …

Veo un campo como una distorsión del espacio-tiempo, en el cual los objetos con cierta propiedad (carga, masa, …) sienten la distorsión de la fuente. En esa vista, un campo podría existir realmente.

Si puede medirlo y modelarlo, lo más probable es que exista.