¿Son todos los cuantos físicos ondas realmente no locales (campos) y que somos engañados para pensar en ellos como partículas locales solo porque interactúan localmente con nuestros detectores?

Los campos no son “ondas no locales”, son campos. Un campo es algo que existe en todo el espacio-tiempo e interactúa con otros campos. Sin embargo, todas estas interacciones suceden localmente , es decir, en un punto espacio-temporal. Esta es, de hecho, la principal motivación para usar teorías de campo cuántico en primer lugar.

Ahora, a menudo se dice que una partícula es un cuanto de un campo, o en otras palabras, una excitación de un campo a un estado de mayor energía. Sin embargo, por varias razones, no puede escribir un estado cuántico real que represente una partícula que se localiza en un punto de espacio-tiempo. Lo mejor que puede hacer es escribir un estado “difuminado”, o paquete de ondas, que podría “alcanzar su punto máximo” alrededor de un punto específico pero que, sin embargo, existe en una región extendida del espacio-tiempo.

Entonces, las partículas en sí mismas son (en cierto modo) “no locales”, son excitaciones “manchadas” en el campo, pero dado que la única forma en que un detector detecta una partícula es interactuando con ella, y las interacciones en QFT son siempre locales , puede decir que detectó una partícula “localmente” en algún momento.

(Esto es conceptualmente similar a lo que normalmente se obtiene con las funciones de onda y el principio de incertidumbre en la mecánica cuántica no relativista, pero no es exactamente lo mismo).

Sin embargo, la principal lección que se puede extraer de esto es que las partículas en QFT son solo un subproducto incidental, nuestra interpretación ignorante de los resultados de las mediciones, y son los campos los que en realidad son las entidades fundamentales de la naturaleza.

Aquí hay algunas respuestas excelentes, aunque bastante detalladas, pero creo que es bueno tener algo un poco más accesible de inmediato … y resulta que hubo un excelente artículo en The American Journal of Physics hace un par de años. Hace tiempo titulado “No hay partículas, solo campos”. Fue escrito por Art Hobson y lo recomiendo altamente. Para mi sorpresa y deleite, en realidad parece estar disponible públicamente en arXiv: @ [1204.4616] No hay partículas, solo hay campos

La esencia del artículo es que uno puede evitar muchos de los problemas de interpretación (e incluso implementación) de QM al considerar los campos como fundamentales y las partículas como epifenómenos, tal como sugiere. Encontré el documento como un excelente argumento (pero luego, revelación completa, soy un chico de campos / GR en el fondo, ¡así que aquí entra un sesgo de confirmación!)

La esencia del argumento es que las descripciones de partículas son incompatibles con una teoría de campo cuántico coherente y QM relativista, y por lo tanto deben abandonarse y los campos deben considerarse fundamentales.

Por supuesto, poco después de que apareciera el artículo, había cartas a la revista tituladas “No hay campos, solo partículas” y “No hay partículas ni campos” … ¡¡¡así que puedes ver que hay otras perspectivas sobre las preguntas !!! Si tiene acceso al AJP, también debería leer estas respuestas.

Ahora, por supuesto, se puede argumentar que todo esto es discutible y que los modelos son modelos … como lo hace al menos un póster aquí. Si bien esto es posiblemente correcto, tengo que discrepar respetuosamente. Si bien es cierto que debemos tomar nuestros modelos con un grano de sal y reconocer que son solo descripciones … también les pedimos algo más. Les pedimos que proporcionen información sobre el significado y la ontología del mundo.

Está de moda adoptar el enfoque de “cállate y calcula”, especialmente en QM, porque las preguntas de interpretación han resultado muy difíciles de resolver y, en última instancia, no son vitales para usar las teorías. Pero nadie está realmente feliz de aplicar el mismo razonamiento y decir “Ptolomeo o Copernicano … son solo modelos y no tiene sentido preguntar si la tierra realmente gira alrededor del sol o el sol alrededor de la tierra”. Vemos el valor de ver un modelo como más correcto allí con bastante claridad (¡aunque todavía estamos muy contentos de caer en el primer modelo de vez en cuando y hablar sobre la esfera celestial!)

En resumen, creo que esta es una gran pregunta y un recordatorio de que no debemos suponer automáticamente que solo porque un idioma es actualmente dominante (física de partículas) es la única (o necesariamente la mejor) forma de entender y hablar sobre el mundo .

¡Espero que tengas la oportunidad de leer el artículo y que lo disfrutes tanto como yo!

Ciertamente, se podría suponer que la localidad y la realidad en sí son una ilusión muy persistente. No creo que sepamos qué son realmente los cuantos físicos. Tenemos algunas corazonadas. Las supercadenas son un área de estudio interesante. Pero parece que estamos lejos de ser capaces de falsificar las ideas de la “teoría” de cuerdas. Si el supercollider mejorado en el CERN tiene el poder requerido para generar las partículas predichas por la supersimetría, esa sería una pluma en el tocado hasta ahora vacío de la teoría de cuerdas. La teoría de cuerdas predice la supersimetría. Pero la supersimetría no afirma directamente la teoría de cuerdas. Podría existir por alguna razón completamente diferente.

Estoy seguro de que finalmente descubriremos una teoría de todo lo que fusiona la física newtoniana, la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica. Descubrir la gravedad cuántica nos dirá mucho sobre cómo funciona el Universo a todas las escalas. Pero responderá tu pregunta. Hasta que lo resolvamos, no podemos decir qué preguntas responderá. Si saliera de la escuela secundaria hoy, no hay trabajo al que preferiría apuntar que la física de partículas y la mecánica cuántica. Es un momento emocionante para estar vivo.

David Bohm discute su punto de vista, que articuló por primera vez en un libro que escribió en 1960.

No local y local tienen un significado específico en física y matemáticas.

En física, el término no local se refiere a una interacción que involucra más que solo un campo y un número finito de sus derivados en un solo punto.

Entonces, por ejemplo, una interacción local entre dos campos diferentes podría tomar la forma:

[matemáticas] \ int d ^ 4 x \, \ bar \ psi (x) \ psi (x) \, \ partial_ \ mu \ varphi (x) \, \ partial ^ \ mu \ varphi (x) [/ math] .

Mientras que una interacción no local entre los mismos campos podría ser:

[matemáticas] \ int d ^ 4 x \, d ^ 4 y \, d ^ 4 z \, G (x, y, z) \ varphi (x) \ varphi (y) \ bar \ psi (z) \ psi (z) [/ matemáticas].

Una teoría de tal interacción sería una teoría de campo no local.

No se puede demostrar que los campos con interacciones no locales satisfagan la causalidad en general, por lo que tienden a considerarse solo como teorías de campo efectivas, lo que limita los casos de teorías de campo locales.

Las teorías de campo locales a veces admiten una expansión de los campos en los modos normales de la teoría de campo libre, y un tratamiento perturbativo posterior de los estados de dispersión de la teoría, una expansión de estos modos en potencias de una constante de acoplamiento en los estados de la libertad. Teoría de campo.

Estos son los estados que son detectables como partículas, por lo que si tales teorías son de hecho teorías fundamentales, entonces no, los estados localizados como las partículas se pueden describir sin tener teorías de campo no locales.

Pero hay importantes teorías de campo para las cuales esta última suposición no es el caso, y la expansión perturbadora se rompe en algunos regímenes. Por ejemplo, la fuerte interacción entre los quarks es una de ellas. Se cree que la interacción fuerte se reduce a una teoría de campo local de partículas de color neutro en la transferencia de bajo momento y en el límite de una gran cantidad de colores.

Entonces mi respuesta sería no, no podemos decir eso con seguridad. Las partículas localizadas están perfectamente bien descritas por objetos extendidos llamados campos, que solo tienen interacciones locales.

Nada sobre la detección de partículas sugiere que necesitan ser descritas por otra cosa que no sean las teorías de campo locales.

Entonces, aunque es ciertamente posible que las partículas elementales deban ser descritas como objetos extendidos como cadenas en alguna teoría más básica, esta idea no es necesaria.

Que algo como la teoría local del campo cuántico sea necesario es una consecuencia de la invariancia relativista: no hay teorías cuánticas relativistas consistentes de partículas sin usar objetos extendidos como los campos.

La única forma en que sabemos acerca de las partículas es cuando interactúan con los detectores. No tenemos idea de lo que realmente están haciendo entre detecciones. Diseñamos explicaciones para explicar las interacciones que medimos. Por lo tanto, no es realmente significativo hablar sobre lo que hacen las partículas entre los momentos en que las detectamos. Cualquier teoría que predice con precisión las interacciones es tan buena como cualquier otra teoría que predice con tanta precisión, y mejor que una que predice menos bien. Las teorías no son correctas o incorrectas: explican mediciones pasadas y predicen las futuras, o fracasan. Así que creo que tu pregunta no tiene sentido.

No estoy seguro de que su expresión del concepto sea precisa, pero si quiere decir lo que creo que quiere decir, creo que la respuesta es sí. Ciertamente, parece haber experimentos que muestran que, aunque solo podemos medir un mínimo de cuantos, no significa que el campo sea continuo.

Decimos que la longitud mínima medible es la longitud de planck. ¿Eso significa que el movimiento es discontinuo a ese nivel?

El principio de incertidumbre de Heisenberg implica que ninguna partícula se localiza de manera completa y precisa en un solo punto, incluso cuando se mide. En ese sentido, siempre es un paquete de ondas no localizado, la única diferencia es la medida en que se extiende.

Esto parece similar a preguntar si la ola oceánica que se rompe en la playa es local o global. El idioma quiere una respuesta selectiva pero al océano no le importa.

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