Heisenberg-Energieunsicherheit [Duplikat]

Ich bin Biologe und gerade neu auf dem Gebiet der Quantenmechanik und versuche, das Thema durch Lesen zu verstehen. Es wird gesagt, dass virtuelle Teilchen aufgrund der Ungewissheit der Energie erzeugt werden, wenn man ein konjugiertes Zeit-Energie-Paar betrachtet. Was dazu führt, dass das Energieerhaltungsprinzip vorübergehend verletzt wird. Aber wie erzeugt eine riesige Energieunsicherheit virtuelle Teilchen? Wie könnte es das Energieerhaltungsprinzip verletzen?

Antworten (3)

Dies ist eine ausgezeichnete Frage, die die von vielen Menschen verbreitete Lüge, dass die Energie-Zeit-Unbestimmtheitsbeziehung die gleiche Bedeutung hat wie die Impuls- und Positionsunbestimmtheitsbeziehung, klar demonstriert.

Zunächst einmal gibt es keine Energie- und Zeitunsicherheit. Daran erinnern, dass die Unschärferelation für Operatoren EIN ^ und B ^ das Formular haben

σ EIN σ B ≥ | 1 2 ich ⟨ [ EIN ^ , B ^ ] ⟩ | = 1 2 | ⟨ [ EIN ^ , B ^ ] ⟩ |

Nun gibt es in der Quantenmechanik keinen „Zeit“-Operator, daher macht es keinen Sinn, über „Zeit“-Unsicherheit zu sprechen. Das Beste, was Sie tun können, ist Folgendes für einen zeitunabhängigen Operator Q ^ :

Δ H ^ Δ t ≥ ℏ 2 , Δ t ≡ Δ Q ^ | d ⟨ Q ^ ⟩ d t |

und das meinen die Leute, wenn sie von Energie-Zeit-Unsicherheit sprechen. Wie du sehen kannst Δ t hat eigentlich nichts mit der "unsicherheit in der zeit" zu tun, sondern sagt grob gesagt aus, wie groß die unsicherheit eines operators im vergleich zur schwankung seines erwartungswertes ist.

Zweitens sollten Sie wissen, dass virtuelle Teilchen ebenfalls nicht existieren. Sie sind im Wesentlichen Berechnungswerkzeuge, die man für die Störungstheorie verwendet. Die Vorstellung, dass zwei Elektronen einander sehen, ein „virtuelles Photon“ „werfen“ und sich deshalb gegenseitig abstoßen, ist grauenhaft. Diese Ansicht kommt von der Überinterpretation von Feynman-Diagrammen, die im Wesentlichen Bilder sind, die kombinatorische Berechnungen in der Störungstheorie vereinfachen. Es gibt eine schöne Folge von BPS Spacetime über virtuelle Teilchen, wenn Sie mehr über virtuelle Teilchen erfahren möchten.

Das Ergebnis ist jedoch, dass die Aussage, dass "virtuelle Teilchen die Energieerhaltung für eine sehr kurze Zeit aufgrund des Energie-Zeit-Unschärfeprinzips brechen" bedeutungslos ist, da es weder virtuelle Teilchen noch ein Energie-Zeit-Unschärferelation gibt.

„Dies ist eine ausgezeichnete Frage, die die von vielen Menschen verbreitete Lüge, dass die Energie-Zeit-Unsicherheitsbeziehung die gleiche Bedeutung hat wie die Impuls- und Positionsunsicherheitsbeziehung, klar demonstriert.“ Danke dafür. Einer meiner Physik-Haustiernerven.
Dies ist eine großartige Antwort. @Gonenc, danke, dass du dir die Zeit genommen hast, meine Frage zu beantworten. Ehrlich gesagt, als ich zum ersten Mal von Zeit-Energie-Unsicherheitspaaren las, ergab das keinen Sinn für mich. Ich verstand das Konzept der Unsicherheit der Impulsposition, aber die Zeit-Energie-Unsicherheit zu beziehen, ergab für mich keinen Sinn. Mein erster Eindruck war, dass wohl die Ungewissheit der Zeit sein dürfte, wie weit wir vom Erwartungswert entfernt sind. Ich glaube, was ich verstanden habe, war richtig, obwohl mich das weitere Lesen verwirrte.
Ich habe eigentlich meine eigene Idee herausgefordert, da ich kein großes Physik-Gehirn bin. Trotzdem danke für die Erklärung.
@AaronStevens Ja, wenn ich die Dinge in der Physik einordnen muss, die ich nervig finde, würde "Et-Unschärfebeziehung = xp-Unschärfebeziehung" eindeutig ganz oben stehen. Leider mache ich niemandem (vor allem Laien, Physiker sollten es aber besser wissen) einen Vorwurf, der an diese Aussage glaubt, da sogar in einem Physikunterricht für Teilchenphysik diese Aussage gemacht wurde.
Es gibt natürlich die Interpretation von Δ t B. die Ungewissheit der Lebensdauer des Zustands, die verwendet wird, um den Durchschnitt zu nehmen ⟨ Q ⟩ und Standardabweichungen.
Ihre Einwände erscheinen allzu vereinfacht und letztlich strittig. Siehe zum Beispiel: arxiv.org/pdf/quant-ph/0105049.pdf

Virtuelle Teilchen sind, wie Gonenc Mogol sagt, keine Teilchen, sie sind Platzhalter für Quantenzahlen in den Integralen, die zur Berechnung von Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten für quantenmechanische Einheiten erforderlich sind.

Hier ein praktisches Beispiel:

eemumu

Das virtuelle Teilchen wird als Photon bezeichnet, aber tatsächlich ist es ein Platzhalter für die Photonenquantenzahlen innerhalb eines Integrals über den in der Grafik gezeigten Variablen, was bedeutet, dass das Photon außerhalb der Massenhülle liegt und die Masse innerhalb der Integration variiert was reelle Zahlen ergibt (beachten Sie die imaginären Zahlen), die mit Experimenten verglichen werden können. Der Link gibt Details . Was gemessen werden kann, sind die vier Vektoren der Eingangsteilchen und die vier Vektoren der Ausgangsteilchen, die inneren Linien, als die γ hier, sind der Messung nicht zugänglich.

Die Popularisierung dieses mathematischen Konzepts schafft Verwirrung über Unsicherheiten und Energieeinsparung. Um virtuelle "Teilchen" zu haben, muss immer eine reale Energiezufuhr durch einfallende reale Teilchen und eine reale Energieabgabe durch ausgehende reale Teilchen erfolgen. Dazwischen Mathematik und Fehlinterpretationen.

Danke für den Kommentar. Meinten Sie interne Linien oder geneigte Linien?
intern, wie das γ im Diagramm. Es ist über einen Scheitel mit den äußeren Beinen verbunden
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, meine Frage zu beantworten. Aber ich bin jetzt etwas verwirrt. Nach dieser Theorie ist das Photon das virtuelle Teilchen. Und wie kommt das Positron ins Spiel? warum erscheint es? Warum also nennen wir dann virtuelle Teilchen sind ausgeglichen?
@Kosala Wie die Feynamn-Diagramme aus dem QFT-Formalismus entstehen, ist für die meisten Menschen wirklich esoterisch und verwendet relativ schwere Maschinen. Stellen Sie sich "virtuelle Teilchen" also einfach als mathematischen Trick und nicht als Teil der Realität vor.
Kosala, dies ist ein Beispiel dafür, wie wir reelle Zahlen berechnen, um sie mit Experimenten zu vergleichen. Das Experiment, das durch dieses spezielle Diagramm beschrieben wird, ist die Streuung von e+ an e-, zwei Strahlen in einem Teilchenbeschleuniger, um a zu ergeben μ + μ − die in den Detektoren des Experiments gemessene Myonenenergie und -impuls. Die Theorie ist die Quantenfeldtheorie und gibt ein Rezept, um die Zahlen zum Vergleich mit Experimenten zu erhalten, wobei Feynman-Diagramme als Werkzeug für eine einfache mathematische Organisation verwendet werden
. Virtuelle interne Linien erscheinen aufgrund der Notwendigkeit, Quantenzahlen und andere Erhaltungsgesetze zu erhalten, wobei Funktionen, die die Integration beeinflussen, mit dem Begriff "virtuell" gekennzeichnet werden, um deutlich zu machen, dass sie sich außerhalb der Masse befinden, im Fall über der Masse nicht Null, sondern entsprechend variieren zur angezeigten Funktion.

Es hängt wirklich davon ab, was Sie unter Energieerhaltung verstehen. Die klassische Idee ist, dass die Gesamtenergie zu allen Zeiten konstant ist. Als jedoch die Quantenmechanik entdeckt wurde, erkannten die Menschen, dass unsere klassische Vorstellung von der Umwandlung von Energie in Wirklichkeit nur eine Annäherung an das Quantenerhaltungsprinzip ist. Energieerhaltung ist in der Quantenmechanik eine Aussage über den Erwartungswert (denken Sie an den Mittelwert) von Energie; es besagt, dass sich der Erwartungswert der Energie nicht ändert. Quantenfluktuationen in der Energie heben sich im Laufe der Zeit auf, sodass sich die durchschnittliche Energie eines isolierten Systems nie ändert.

Tatsächlich haben Physiker ihre Idee zur Energieerhaltung neu formuliert, um sie mit der Quantenmechanik zu vereinbaren, weil sie herausfanden, dass die klassische Vorstellung zusammenbricht.

Wie virtuelle Partikel erstellt werden, bin ich mir nicht ganz sicher. Jemand, der sich mit QFT besser auskennt, kann wahrscheinlich antworten.

Heisenberg-Energieunsicherheit [Duplikat]
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