La mayoría de los físicos no se dan cuenta de que hay dos teorías “cuánticas” diferentes. El que no es tan conocido se llama Quantum Field Theory. En QFT no hay “observaciones probabilísticas”, solo hay campos. (Cómo alguien puede creer que la observación juega un papel en la evolución de las cosas está más allá de mí). Como es mi costumbre, pegaré un extracto de mi libro que trata este tema. Si desea obtener más información sobre QFT, lea el libro (libro electrónico por solo $ 4.95) o si no puede pagarlo, lea el Capítulo 10 aquí.
Mientras Einstein perseguía su búsqueda solitaria y sin éxito de una teoría de campo unificada, otros físicos estaban tomando un camino diferente que finalmente condujo a QFT. Esta maravillosa teoría, tan poco conocida o apreciada, cumple el deseo de Einstein de un mundo hecho solo de campos, excepto que las fuerzas y la materia no se combinan en un solo campo, como esperaba Einstein. De hecho, hay al menos siete tipos diferentes de campo. QFT no solo es la respuesta a la búsqueda de Einstein, sino que también resuelve sus enigmas, y de una manera que puede ser entendida por el hombre (o mujer) en la calle (ver Capítulos 7-9).
¿Qué es un campo? Abandonar la imagen familiar de partículas sólidas y reemplazarla con campos intangibles no es fácil. Se requerirá un salto de imaginación mayor que la imagen atómica con la que Eddington luchó. En pocas palabras, un campo es una propiedad o una condición del espacio. El concepto de campo fue introducido en la física en 1845 por Michael Faraday como explicación de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Su experimento con limaduras de hierro que se alinean en la región alrededor de un imán se realiza hoy por cada estudiante de física.
Sin embargo, la idea de que los campos pueden existir por sí mismos como propiedades del espacio era demasiado para que los físicos de la época la aceptaran. En cambio, inventaron una sustancia invisible llamada éter para transportar las oscilaciones EM. La creencia en el éter prevaleció durante décadas, pero cuando no se pudo encontrar evidencia de su existencia, a pesar de muchos intentos, el éter finalmente fue abandonado y los físicos aceptaron que el campo EM tiene una existencia en sí mismo. La idea de que el espacio puede tener propiedades no es fácil, pero cuando termines este libro te sentirás cómodo con el concepto de campos.
Ecuaciones de campo . En 1864, James Maxwell desarrolló ecuaciones que describen cómo la fuerza del campo EM cambia con el tiempo. Estos cambios son locales en el sentido de que solo las intensidades de campo en el punto de interés afectan lo que sucede en ese punto. Sin embargo, un cambio de intensidad de campo en otro lugar puede propagarse a través del espacio y eventualmente alcanzar el punto de interés, así como una piedra que cae al agua crea olas que se propagan a través del agua. La luz viaja a través del espacio de la misma manera, con un cambio en el campo EM en un punto creando cambios en puntos adyacentes, y así sucesivamente. La forma en que se propagan los campos y la velocidad a la que se propagan están determinados por las ecuaciones de campo.
¿Qué es un cuanto? En el año centenario de 1900, Max Planck introdujo la idea de que el campo EM no es un campo continuo “clásico”, sino que está hecho de piezas, o trozos, que él llamó quanta (del latín cuántico que significa “cuánto”). Si bien el campo EM clásico de Maxwell puede ser arbitrariamente pequeño, los campos cuánticos están formados por fragmentos que no pueden reducirse aún más. Quanta puede superponerse entre sí, pero cada uno mantiene su identidad separada; vive una vida y muere una muerte propia. En ese sentido, y solo en ese sentido, los cuantos de campo se parecen a partículas.
Las “partículas” son quanta . En la década de 1920 se descubrió que las partículas que forman la materia exhiben características de onda. Esto condujo al desarrollo de QM, con su característica dualidad onda-partícula. Este problema molesto (ver la cita de Norsen arriba) se resolvió cuando apareció QFT. En QFT no hay partículas; solo hay campos. Fue Julian Schwinger quien, en 1954, completó la formulación de QFT al tratar finalmente los campos de fuerza y los campos de materia en igualdad de condiciones.
… estos dos conceptos clásicos distintos [partículas y campos] se fusionan y se trascienden en algo que no tiene contraparte clásica: el campo cuantificado que es una nueva concepción propia, una unidad que reemplaza la dualidad clásica. – J. Schwinger (S2001)
QFT vs. QM . Es importante comprender que QFT no es solo una variación de QM. Conceptualmente, los dos no podrían ser más diferentes. QM describe un mundo hecho de partículas y las ecuaciones dan la probabilidad de que una partícula esté en un punto dado. QFT describe un mundo hecho de campos y las ecuaciones dan la fuerza del campo en un punto dado. Otra diferencia es que las ecuaciones QM tratan con números, mientras que los campos de QFT se describen mediante vectores en un espacio abstracto conocido como espacio de Hilbert . Afortunadamente, no es necesario comprender las ecuaciones o comprender el espacio de Hilbert para comprender los conceptos de QFT.
