¿Cómo no se violan las leyes de conservación de masa / energía por la creación y aniquilación instantánea de partículas diminutas y antipartículas?

El error aquí está en imaginar que estas partículas se crean y aniquilan en el caparazón, y que son partículas reales, directamente detectables. De hecho, en las teorías del campo cuántico relativista, el estado de vacío no necesita estar generalmente vacío de partículas, aunque el número de partículas en el vacío perturbativo es generalmente cero, en la medida en que esté bien definido. (No está bien definido para los fotones). El vacío, que es un estado estacionario con la menor densidad de energía, tiene una función de onda que fluctúa continuamente, de modo que localmente, temporalmente, puede haber un número de partículas distinto de cero. Pero estas son partículas virtuales, no están en el caparazón y no son directamente observables. Existen solo como amplitudes de probabilidad.

Estas partículas virtuales son parte de la función de onda del estado fundamental, y dado que estas partículas nunca se propagan a grandes distancias, no hay violación de la conservación de energía en el vacío.

En un proceso físico real, tales fluctuaciones de vacío son parte de la función de onda en estados intermedios, pero no se requiere que la energía se conserve en sumas de estado intermedio.

Es solo entre los estados iniciales y finales en un proceso físico real que la energía y la conservación del momento deben aplicarse.

Si la conservación del momento de energía no se mantiene, en cualquier proceso de dispersión física, y la conservación del momento de energía se mantiene siempre que la invariancia de traducción en el espacio y el tiempo se mantengan, entonces se puede mostrar que la matriz de dispersión se desvanece de manera idéntica.

Así que creo que el problema conceptual que está teniendo se basa en un malentendido de QM relativista y QM en general. Las partículas virtuales y reales son dos cosas diferentes.

La conservación de la masa / energía se viola realmente mientras existan las partículas virtuales, pero existen por un corto tiempo. El principio de incertidumbre permite la violación siempre que la energía de las partículas permanezca por debajo (constante de Planck) / (tiempo en que las partículas existen).

Al menos, eso es lo que me enseñaron en la escuela hace muchos eones.

Espero que esto ayude.

La conservación de la energía no se viola ya que después de una aniquilación hay dos fotones de alta energía que contienen toda la energía del par de partículas (> 500 keV para la aniquilación de electrones-positrones). O, en el caso de la producción de pares, inicialmente había un fotón de energía suficiente.

Por otro lado, la ley de conservación de la masa es una ley clásica, lo que significa que es solo una buena aproximación siempre que no se trate de mecánica cuántica y / o relatividad, que definitivamente es el caso de las antipartículas ( que no existen clásicamente). La teoría de la relatividad resultó en la eliminación de la ley de conservación de la masa (en lugar de ver la masa como energía y solo requerir que se conserve esa energía), por lo que cuando se descubrieron las antipartículas, no presentaron un gran problema. De lo contrario, estos ejemplos prácticamente refutan la ley de conservación de la masa en su forma clásica.

La ley de conservación es realmente una ley estadística. La partícula y la antipartícula ocupan un hipervolumen insignificante de espacio y tiempo, por lo que el promedio sobre cantidades no triviales de espacio o tiempo es igual a cero. Especie de. La espuma cuántica probablemente no exista en esferas discretas. La misma razón por la que localmente puede tener entropía negativa siempre que esto dé como resultado una entropía positiva en promedio.

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