¿Cuál es su opinión sobre la interpretación de la teoría cuántica de campos de “sin partículas, todos los campos”?

Se me pidió que respondiera esta pregunta, pero tendrá que perdonarme ya que no tengo tiempo para leer un documento de 32 páginas en este momento. Sin embargo, leí la sección de conclusiones.

La teoría de campo cuántico es un modelo matemático en el que las entidades matemáticas más fundamentales son campos, y sus excitaciones (no fundamentales o “emergentes”) son partículas. Este hecho no requiere prueba: es un axioma de la teoría. Entonces, para mí, parece que el autor simplemente afirma lo obvio.

Dicho esto, la filosofía de la teoría cuántica de campos, aunque no está tan desarrollada como la de la mecánica cuántica no relativista, ha sido estudiada por filósofos y algunos físicos durante décadas. Si está interesado, puede leer un buen resumen sobre la Enciclopedia de filosofía de Stanford: teoría cuántica de campos.

Sin embargo, en última instancia, la mayoría de los físicos no están realmente interesados ​​en las interpretaciones filosóficas, tratamos nuestros modelos matemáticos solo como eso: modelos.

Me gustaría discutir con la forma en que se formula esta pregunta. La vista “sin partículas, todos los campos” no es una interpretación de la teoría cuántica de campos: es su esencia, que la distingue de la mecánica de partículas cuánticas.

Las razones para reemplazar la mecánica cuántica con una teoría de campo cuántico se explican bien en la mayoría de los libros de texto introductorios de QFT. La mecánica cuántica no puede explicar la creación y aniquilación de partículas, y también tiene un problema con la relatividad y la causalidad. Estos problemas se resuelven muy bien al pasar a una teoría de campo. De hecho, como señala el artículo al que se hace referencia en los detalles de la pregunta, existen “rigurosos” teoremas de no ir “que demuestran que, si se supone un universo que contiene partículas, entonces los requisitos de SR y física cuántica conducen a contradicciones”.

Sin embargo, el mismo artículo plantea una cuestión de interpretación, pero no se trata de interpretar QFT, lo cual no es ambiguo: se trata de interpretar la función de onda en la ecuación de Schrödinger como un campo físico, en oposición a una amplitud de probabilidad, que Es una abstracción matemática. Aunque observo que, a diferencia de los campos de QFT, la función de onda no tiene energía ni impulso, ciertamente simpatizo con esta visión. Puedo ver cómo puede ser pedagógicamente preferible sobre, por ejemplo, la interpretación de Copenhague. Pero, en última instancia, las interpretaciones importan poco: se llaman interpretaciones precisamente porque sus predicciones son idénticas, es cómo tratamos de darles sentido que es diferente. Como carecen de predicciones, las interpretaciones tampoco pueden ser falsificadas. En cuanto al problema pedagógico, puede ser que el verdadero culpable sea la insistencia en enseñar teorías no relativistas primero bajo la presunción de que la relatividad es “difícil” cuando, de hecho, al menos esta es mi opinión personal, a menudo es la no relativización tridimensional artificial aproximación que es más difícil de digerir (esto también se aplica al electromagnetismo clásico).

En cuanto a lo que se necesitaría para falsificar QFT … bueno, la falsificación puede ser difícil, pero supongo que si se detecta el tipo de violaciones de causalidad que predice una teoría de partículas cuánticas relativistas, eso pondría en duda una de las razones detrás de La existencia de QFT.

Bueno, eché un vistazo a este artículo, aunque es bastante largo. No estoy demasiado impresionado.

Es muy difícil invalidar una interpretación de una teoría, ya que las predicciones de la teoría, por definición, no cambian realmente por su interpretación, y debo decir que no entiendo cómo decir todo esto sobre no tener partículas sino solo campos realmente nos ayuda en absoluto.

¿Qué nos compra eso realmente? Por supuesto, solo tenemos campos, en el sentido de que hemos hecho una teoría a partir de campos cuánticos. Esto seguramente es perfectamente obvio.

Pero la conclusión es: los campos se manifiestan como partículas experimentalmente en algunas situaciones importantes , es decir, si creemos que la teoría cuántica de campos puede describir experimentos. De hecho, creemos eso.

En un experimento de dos rendijas a bajo flujo o en el efecto fotoeléctrico, podemos ver fotones individuales o electrones individuales entrando, uno a la vez, en forma de partículas. Producen efectos localizados en el tiempo y en el espacio.

Lo mismo es cierto para las pistas que vemos atravesando los detectores gigantes en los experimentos del LHC: estos buscan a todo el mundo como si fueran producidos por partículas únicas localizadas de movimiento rápido que se mueven a lo largo de líneas curvas en los campos magnéticos.

Esta no es solo una interpretación teórica, es una cuestión de observación empírica.

Entonces no puedes simplemente interpretar las partículas.

Además, la QFT relativista es en gran medida una teoría cuantificada del punto de interacción como las partículas. Los operadores de campo se construyen utilizando irreps de SL (2, C) en el caso general, que corresponden matemáticamente a lo que entendemos intuitivamente por el término partículas puntuales relativistas .

Ahora, toda esta confusión sobre la ecuación de Schrödinger y el colapso de la función de onda en casos de enredos de dos o más partículas se produce porque estamos trabajando en la imagen de Schrödinger de la teoría de campo, donde lo relevante son los estados cuánticos, y la mayoría del formalismo se dedica a construir estados de dispersión de partículas en la imagen de Schrödinger. Así que esto es lo que pensamos más naturalmente.

Pero hay una visión diferente de QFT que corresponde a la imagen de Heisenberg, y que toma como punto de partida el comportamiento de los observables en lugar de los estados en QFT. Los axiomas de Haag y Kastler son un ejemplo de este enfoque, al igual que los axiomas de la teoría algebraica de campo cuántico. Cuando se trata de observables, desaparecen algunas de las paradojas aparentes de la imagen de Schrödinger relacionadas con el colapso de la función de onda.

De hecho, el teorema de Haag ya mostró que no existe una equivalencia unitaria entre los estados en la teoría de interacción y los estados en la teoría de campo libre en un QFT que interactúa.

Ahora QFT, o la invariancia relativista de las interacciones y el estado de vacío, en realidad podría ser refutada si se descubriera que la conservación de CPT se violaba experimentalmente.

Pero no se ha encontrado que suceda hasta ahora.

Este es un tema abierto para el debate, ya que no hay una respuesta generalmente aceptada, así que aquí está mi contribución: podría haber una interpretación de la teoría de todos los campos de la teoría cuántica de campos, pero no avanzará nuestro conocimiento ni proporcionará un camino hacia la unificación con la relatividad general. . Pero tengo mis dudas sobre el “podría”, porque al resolver problemas cuánticos, siempre debe comenzar con la definición de un número discreto de estados propios para describir el hamiltoniano de su sistema, que siempre se puede interpretar como una base inicial en las partículas. .

Contrarresto con la afirmación “no hay campo, es todo partícula”

La prueba necesita un poco de antecedentes para entender, pero básicamente sigue la línea de que todos los experimentos físicos obedecen (a menudo en retrospectiva) algún principio de menor acción. Por lo tanto, ya sea:

a) la naturaleza conoce caminos de no menor acción y elige no seguirlos, o
b) se garantiza que la ley natural seguirá un camino de menor acción.

Pero ninguna teoría de campo puede garantizar que se seguirá un principio de menor acción (esto se puede demostrar a partir del cálculo de variaciones y una gran razón por la cual las nociones de menor acción han perdido popularidad en la física moderna).

Si a) entonces, dado que el principio de menor acción en los resultados empíricos solo puede determinarse en retrospectiva (prueba del cálculo de variaciones), ninguna teoría de campo puede tener ninguna base para elegir la menor acción sobre la no menor acción en el estado actual; debe También tenemos conocimiento del estado futuro, y sabemos que este no es el caso.

Si b) la teoría de campo no puede garantizar este resultado porque está en desacuerdo con los resultados conocidos del cálculo de variaciones.

Por lo tanto, se deduce que ninguna teoría de campo puede explicar todo lo que la naturaleza hace de manera unificada, por lo tanto, QM y GR nunca se pueden unificar en forma de una “teoría de campo”

Tenga en cuenta que no estoy diciendo que la mecánica cuántica (QM) o la relatividad general (GR) estén equivocadas: todo lo contrario, ambas son correctas, solo que nunca se unificarán en forma de una teoría de campo porque la ley natural también requiere un axioma (invariancia de escala) que está matemáticamente en desacuerdo con el cálculo que sustenta las teorías de campo. Entonces, ¿de dónde surge el requisito de invariancia de escala?

Resulta que cuando QM y GR se reformulan como un modelo algebraico discreto (particulado) (en lugar de la forma estándar de usar teorías de campo), y luego se introduce el axioma de la invariancia de escala, entonces aparece un resultado mágico: Toda acción por se garantiza que la naturaleza es de menor acción; ¡pero no sabrá qué principio de acción mínima hasta que lo mida! (esto se demuestra fácilmente a partir de la forma discreta del cálculo de variaciones)

Por lo tanto, mi declaración inicial está más cerca, creo que cómo funcionarán las cosas cuando se resuelva el debate sobre la unificación en los próximos años.

Encuentro esta teoría muy plausible. Creo que la parte “sin partículas …” es un poco exagerada. Las partículas existen y son reales fenomenológicamente. Las partículas emergen de campos más fundamentales, y pueden determinarse completamente simplemente mirando los campos que las expresan. La idea de que los campos son más fundamentales que las partículas no es nueva y es algo controvertida debido a la aparente falta de reciprocidad de acción entre las partículas emergentes y los campos subyacentes: teoría de De Broglie-Bohm. Aparentemente, hay interpretaciones que abordan el problema de la reciprocidad.

Me gusta el enfoque de “… todo el campo” ya que es compatible con mi propia opinión de que la conciencia es en sí misma un campo escalar, cuando se considera como una forma de materia. Lo que llamamos inteligencia o personalidad serían las excitaciones vectoriales en ese campo escalar.

El enlace solo lleva al resumen del documento, por lo que voy a ofrecer una opinión no escolarizada basada únicamente en lo que pude leer. Hace tiempo que sabemos que la interpretación de Copenhague es incorrecta. El acto de observar no colapsa la forma de onda debido a la interacción con una dualidad partícula / onda y los fotones utilizados para hacer la observación. El experimento de elección diferida de Wheeler demostró eso, y un experimento de borrador cuántico de elección diferida mucho más elaborado, que se muestra a continuación.

Estoy desconcertado sobre cómo un campo nos daría un patrón de agrupamiento, pero lo hace. Si todo es campo, eso parece aún más extraño. Y debido a lo anterior, ahora tengo una comprensión aún más profunda de lo que Richard Feynman quiso decir cuando dijo: “Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica”.

Soy ingeniero eléctrico de formación, ingeniero de software de vocación: por ejemplo, lector lego. He estado leyendo Sci Am todos los meses durante 15 años y he leído la mayoría de los libros populares sobre física de Greene, Hawking, Feynman, etc., además de probablemente otros 50 libros de ciencias o cursos de audio. Habiendo leído recientemente “Fields of Color” de Rodney Brooks (¿Qué piensan los físicos convencionales sobre el libro Fields of Color de Rodney Brooks sobre la teoría cuántica de campos?) Creo que soy un converso a su interpretación, que al menos tiene una posibilidad de tener sentido .

En retrospectiva, el QED de Feynman podría ser su peor enemigo, describiendo en detalle cómo increíbles “ondas de probabilidad de que se descubra una partícula” (¿ondas de / en qué?) Pueden hacer cosas tales como:

• Interactúa a través del grosor de un panel de vidrio (reflexión de superficie)
• Interactuar en toda una superficie (rejilla de difracción)
• Interactúa simultáneamente a través del espacio (enredos)
• Viaje a través de dos rendijas (electrón dos rendijas)
• Producción virtual de pares de partículas, ¿de dónde vienen los pares? (vacío cuántico)

Si la onda es primaria, lo que parece estar también en QED, ¿no es lo mismo el colapso cuántico y la ‘detección de una partícula’? ¿No es el enredo cuántico en realidad una confirmación empírica del colapso de la onda (a diferencia de las partículas que están conectadas por una cadena de giro mágico)? Mi propia visualización del enredo cuántico, el único que parecía tener sentido, era canales duales de ondas que bajaban por ambos caminos donde un estado colapsa para dejar el otro estado (descrito por el segundo colapso de Brooks), así que tal vez yo Soy un físico también?

Para ser justos, Brook también hace un buen trabajo al explicar cómo los diferentes dispositivos matemáticos como la relatividad como espacio curvo versus relatividad de los campos no son primarios, sino que “se ajustan a los datos”. Entonces, además de inclinarme más hacia QFT, también me inclino más hacia ‘tenemos matemáticas, pero las matemáticas no son la cuestión’.

Su libro se apoya en el lado humano / histórico porque proporciona un marco para las citas / explicaciones, es mucho más estimulante que no tener esta ‘historia de descubrimiento’.

Su explicación de los campos contra el éter y cómo “no se puede medir el movimiento del éter cuando eres el éter” también es bastante buena.

Estoy tentado a visualizar el colapso cuántico como cuando diferentes campos ‘alcanzan’ a otros para interactuar, y en realidad podría tener sentido que esto “atraviese” a través de una ubicación puntual como una chispa aleatoria entre electrodos (caramba, no sería la probabilidad subir y bajar si el potencial está subiendo y bajando?). Quizás la materia oscura podría explorarse mediante el cálculo de otras posibles combinaciones de otros campos y propiedades superpuestos (¿monte carlo alguien?) Para ver si se puede encontrar un cuántico masivo diferente que se encuentre en un nuevo campo que no interactúe con el nuestro. Sí, demasiadas especulaciones, pero tal vez se pueda obtener un resultado comprobable.

De un conjunto de fluctuaciones a otro, las leyes físicas dicen ¡salud!

Partículas vs campos parece una falsa dicotomía. ¿Por qué no pueden ser ambos? Seguramente el enfoque del diagrama de Feynman nos dice que los campos cuánticos son equivalentes a las superposiciones de partículas.

En cuanto a la idea de enseñar la mecánica cuántica no relativista desde una perspectiva de campo (como sugiere el artículo vinculado), ¡la mente se aturde! ¡Qué idea tan horrible! Art puede pensar que esta es una gran idea, pero debe preguntarse si alguno de sus estudiantes se benefició de esto …

Y no compro la línea que la experiencia de doble rendija tiene una resolución en QFT.

El documento es absolutamente correcto, y esto se conoce desde hace mucho tiempo, al menos veinte años, probablemente más. (Existe alguna evidencia de que el propio Heisenberg realmente entendió esto, aunque en realidad nunca lo dijo en el registro).

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A2A: gracias por una pregunta interesante.

Todavía no he leído la preimpresión, pero generalmente suscribo la idea de que los campos son más fundamentales, las partículas son consecuencias de la naturaleza cuántica de los campos. Tendré que pensar un poco más sobre la segunda parte de su pregunta.

Creo que es genial … y que insinúa una realidad subyacente más profunda. En cierto sentido, no es más extraño que la mecánica cuántica en general: una partícula es solo una medida. Quizás solo necesitamos un mejor vocabulario en inglés que “partículas” y “campos”.