Energieerhaltung und Quantenfluktuationen

In Bezug auf die Erhaltung der Masse-Energie sagt Wikipedia : "Dies ist ein exaktes Gesetz, oder genauer gesagt, es wurde nie gezeigt, dass es verletzt wird."

Allerdings sagt Wikipedia hier zu Quantenfluktuationen : " Das bedeutet, dass die Energieerhaltung verletzt erscheinen kann, aber nur für kurze Zeiten ".

Ich dachte, die beiden widersprüchlichen Aussagen zu lösen, indem ich vorschlug, dass die virtuellen Teilchen aus Quantenfluktuationen aus der "Rauschenergie" des Unbestimmtheitsprinzips erzeugt / zerstört werden. Die Energie ist also schon da. Ist das richtig?

Wenn dies falsch ist, wie können wir die beiden lösen?

Das Unsicherheitsprinzip schränkt uns ein, diese Verletzungen tatsächlich zu beobachten. Entweder ist die Energie zu klein, um erfasst zu werden, oder die Zeit, für die sie existiert, ist zu schnell.
Lange bevor man sich virtuelle Teilchen vorstellte, schlug die Bohr-Kramers-Slater-Theorie vor, dass Energie und Impuls nur im Durchschnitt statistisch erhalten bleiben. Dies wurde 1925 in einer Versuchsreihe von Bothe und Geiger widerlegt. Dies ist die Art von experimentellen Beweisen, auf die sich das erste WP-Zitat bezieht, und dieses Zitat ist korrekt. Das zweite WP-Zitat ist qualitativ anderer Natur. Das Wort „erscheinen“ bezieht sich auf eine optionale philosophische Interpretation eines mathematischen Konstrukts – nicht auf die Ergebnisse tatsächlicher Experimente.
@BenCrowell Betonung auf dem optionalen . :)

Antworten (1)

In der vierdimensionalen Raumzeit der Feldtheorie, in der virtuelle Teilchen leben, ist Energie eine der vier Impulskomponenten: p_x, p_y, p_z, E . In diesem Viervektorraum eigentlich ein Pseudovektorraum, weil zwischen der vierten und den restlichen Koordinaten ein Minuszeichen steht:

vier Impulspunkt

das Skalarprodukt des Vektors mit sich selbst ist sein skalares Maß, analog zur Länge des dreidimensionalen Vektors im normalen dreidimensionalen Raum. Diese skalare Zahl im "realen" Raum ist fest und unveränderlich. Im "virtuellen" Raum kann es sich entsprechend den mathematischen Formulierungen der Feynman-Diagramme ändern, die die Wechselwirkung beschreiben.

Der virtuelle Raum ist ein mathematisches Werkzeug für komplizierte Berechnungen und wird nur durch Mathematik eingeschränkt, nicht durch physikalische Gesetze wie die Energieeinsparung. Denn im virtuellen Raum kann man konstruktionsbedingt nie ein Experiment machen.

Wie @DavidH Ihnen gegenüber anmerkt, ist das HUP eine andere Geschichte, es ist eine allgemeine Unsicherheit in der Möglichkeit, einige gut definierte Variablenpaare wie zum Beispiel Energie und Zeit zu messen. Wenn Sie die Energien vor einer Wechselwirkung gut messen, sollte die Energie nach der Wechselwirkung erhalten bleiben. Das HUP würde nur das Wissen darüber einschränken, wie lange die Interaktion innerhalb der Unsicherheitsgrenzen gedauert hat. Nicht das HUP erzeugt virtuelle Teilchen, sondern die konkreten Berechnungen von Wechselwirkungen.

Sie denken vielleicht an Vakuumfluktuationen, aber diese sind virtuell, es sei denn, es gibt eine Wechselwirkung, dh Energie wird von einem wechselwirkenden Teilchen geliefert. Sonst könnten wir Energie aus dem Vakuum holen :).

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