¿Es imposible, en principio, tener un espacio vacío de partículas virtuales?

Lo que quizás no sepa es que una elección del sistema de coordenadas está implícitamente disimulada en cualquier definición de un estado de vacío cuántico. ¡Lo que esto significa es que, en general, mi definición de lo que llamo “el estado de vacío” depende de mi elección de coordenadas! ¡Esto significa que diferentes observadores estarán en desacuerdo sobre lo que piensan que es el estado de vacío! En otras palabras, incluso si el estado que le interesa existe, diferentes observadores no necesariamente verán “espacio vacío”; Dependiendo de sus coordenadas, ¡pueden ver estados cuánticos completamente diferentes que potencialmente se asocian con partículas!

Para responder al último aspecto de su pregunta, los estados de partículas se definen implícitamente con respecto al sistema de coordenadas elegido.

Si. El estado fundamental de la electrodinámica cuántica, es decir, el estado de energía más bajo, es una combinación lineal de muchos estados diferentes con diferentes contenidos de partículas. Una cierta cantidad de contenido de partículas es energéticamente favorable debido a la atracción de partículas-antipartículas, y las partículas virtuales no tienen que tener la masa de partículas reales. Además, existe una cierta cantidad porque las teorías de campo cuántico no libres no quieren tener un contenido de partículas fijo e insisten en tener una combinación lineal de estados con muchos contenidos de partículas diferentes.

Esta es una pregunta puramente teórica, que no puede responderse de manera definida, ni puede probarse experimentalmente. Lo que decimos son nuestras mejores respuestas lógicas. La naturaleza y la física, por mucho que sepamos sobre ellas, pueden tener un espacio vacío, dependiendo de a qué espacio se refiera, pero sería una definición relativa. Las partículas virtuales tienen que ver con el estado de vacío cuántico, donde exista un vacío cuántico, tendría alguna distribución de partículas virtuales. Ir más allá del modelo estándar y tener en cuenta la materia oscura, que ahora tiene una posibilidad significativa de existir, y en tales escenarios, el problema se vuelve más complicado.