Hasta donde yo sé, no existe una ley de causa y efecto. (Si alguien sabe de esa ley, me gustaría saber qué es y cuál es la evidencia).
La física moderna se basa en la idea de que podemos usar las matemáticas para describir las relaciones entre los observables que vemos. Las partículas virtuales son una de las muchas herramientas matemáticas / conceptuales ingeniosas que utilizamos para describir esas relaciones. El espacio-tiempo es una variedad de 4 dimensiones (o posiblemente una dimensión más alta) dentro de la cual percibimos una dimensión como tiempo. Pero en ninguna parte de la física fundamental aparece algo así como una “causa”.
Cuando se trata de fenómenos más emergentes, como digamos … biología … entonces la aparición de causas y efectos comienza a surgir. Por ejemplo, tendemos a incluir causas en nuestro lenguaje cuando hablamos de correlaciones estadísticas. Decimos cosas como “fumar causa cáncer”. Esta es una afirmación verdadera, y más o menos significa que “si elige fumar, tendrá más probabilidades de contraer cáncer en el futuro que si no lo hace”. Pero para que el lenguaje de causa y efecto tenga sentido, debes imaginar que existe el libre albedrío y los agentes que toman decisiones. Y hasta el momento eso es cierto (si es que lo es, algunas personas argumentan que es puramente una ilusión), es un fenómeno emergente, uno que no aparece directamente en la física fundamental.
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Supongo que lo más parecido a una ley de causa y efecto que * se discute con frecuencia dentro de la física es la noción de “causalidad”. La forma precisa que toma en física es la ley de que ninguna señal o información puede propagarse más rápido que la luz. Pero, de nuevo, la definición de una señal requiere pensar en un agente que tenga libre albedrío. De lo contrario, es solo una correlación. Y el hecho de que las señales no se puedan propagar más rápido que la luz parece estar tangencialmente relacionado con la idea de que hay causas y efectos en el mundo (que tiendo a ver principalmente como psicología popular, o tal vez “física popular” es un mejor término para eso).
Algunas partículas virtuales viajan más rápido que la luz, pero no violan la causalidad ya que no existen el tiempo suficiente para ser detectadas y, por lo tanto, no pueden usarse para enviar señales o información.
Para responder a la última parte de la pregunta, no, no aparecen mágicamente. Existen fórmulas matemáticas muy precisas que se utilizan para predecir cuándo aparecen y desaparecen. Por supuesto, estas son fórmulas estocásticas, por lo que implican un elemento de aleatoriedad.
