Bueno, en realidad no viola la primera ley de la termodinámica porque la energía no se está creando y destruyendo. Sé que puede no parecer muy satisfactorio al principio, pero hay algunas cosas que considerar.
En primer lugar, es un efecto cuántico, lo que significa que las reglas de la física clásica deben quedar en segundo plano. No debe pensar en nada que sea concreto o rígido en la forma en que podría esperar que se comportara un sistema clásico. Las “partículas” cuánticas no son gránulos sólidos ni nubes de posibilidad, ni gotas líquidas ni nada de eso. En cambio, la mecánica cuántica realmente debería pensarse en términos estadísticos. Cosas como la posición, el impulso, la energía, etc. de una partícula siempre se mencionan (a veces solo implícitamente) como probabilidades de resultados de una medición.
Lo que me lleva al siguiente punto, ¿qué se necesita para violar mecánicamente la conservación de energía cuántica? La respuesta corta es “necesita medir algo estadísticamente significativo”. Aquí es donde las cosas se ponen un poco raras, debido al principio de incertidumbre. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que el producto de las incertidumbres de un par de variables conjugadas debe exceder algún límite inferior (hbar / 2). La variable conjugada de energía es el tiempo, por lo que la incertidumbre en el tiempo asociado con una medición de energía depende de alguna manera de la incertidumbre en la energía y menos de uno significa más del otro. Una forma de pensar en esto es que si hiciste una medición muy precisa de la energía, entonces ese resultado solo sería válido por un tiempo muy corto.
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Sin embargo, eso no es estrictamente cierto, porque implica que es necesaria una medición y que existen valores exactos de las variables incluso si no sabemos cuáles son esos valores y eso está mal. No es un problema de medición, es una limitación física sobre qué información sobre el universo puede existir. Esto significa que ningún estado cuántico tiene un nivel de energía definido con precisión, incluso el vacío cuántico no tiene exactamente cero energía. El valor es “en algún lugar cercano a cero” y este caso “cerrar” significa menos de hbar / 2 multiplicado por la incertidumbre en el tiempo. Dicho de otra manera, significa que hay una probabilidad distinta de cero de encontrar una partícula-antipartícula en el vacío, siempre que solo se busque un período de tiempo lo suficientemente pequeño, pero a medida que se alarga esa ventana de tiempo, la probabilidad cae rápidamente, porque A largo plazo, la energía que mides debe estar más cerca de cero que las masas combinadas de las partículas.
