Die spezielle Relativitätstheorie sagt auch negative Energie voraus die, wenn sie mit der Quantenmechanik verschmolzen wird, Antiteilchen vorhersagt (Dirac-Gleichung). Aber was bedeutet es, dass ein freies Teilchen negative Energie haben kann? Ich meine, kann ich experimentell zwischen einem Teilchen (sagen wir Elektron) mit positiver Energie und einem mit negativer Energie unterscheiden? Und auch die allgemeine Lösung der Dirac-Gleichung ist eine lineare Kombination aus positiven Energiezuständen (Spin auf und ab) und negativen Energiezuständen (Spin auf und ab). Was bedeutet es also, wenn ich die Energie eines sehr großen Elektrons messe? Manchmal werde ich etwa die Hälfte der Zeit positiv und die andere Hälfte negativ?
Die Existenz von Teilchen mit negativer Energie ist ein weit verbreitetes Missverständnis.
Im Kontext der relativistischen Quantenmechanik ist es möglich, die negativen Energielösungen mit dem Dirac-Seespielzeugmodell zu verstehen. Stellen Sie sich Ihre Teilchen als Fermionen vor (das heißt, sie gehorchen der Fermi-Dirac-Statistik und folglich dem Pauli-Ausschlussprinzip). Stellen Sie sich außerdem vor, dass alle negativen Energiezustände gefüllt sind. Dieser Zustand wird Dirac-Meer genannt (alle negativen Energiezustände gefüllt und alle positiven Energiezustände ungefüllt).
Das Dirac-Meer wird vorgeschlagen, um den Vakuumzustand zu modellieren. Es hat eine unendliche negative Energie, aber das ist keine große Sache, weil wir seine Energie auf Null umdefinieren können (wir können nur Energieunterschiede messen). Betrachten Sie die Schwankungen des Dirac-Meeres. Sie können entweder einige der positiven Energiezustände gefüllt haben (was die Energie erhöhen würde), oder Sie können einige der negativen Energiezustände befreien (was auch die Energie erhöhen würde). Wie Sie sehen können, haben alle Schwankungen des Dirac-Sees mehr Energie als das Meer selbst, daher gibt es keine Teilchen mit negativer Energie!
Die moderne QFT-basierte Behandlung ist etwas anders.
In der QFT interpretieren Sie positive und negative Energielösungen als Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren, die auf den Fock-Raum von Quantenzuständen der zweitquantisierten Theorie wirken. Der Begriff "Teilchen" unterscheidet sich also von einer "Lösung der Dirac-Gleichung", jedoch hängen diese natürlich zusammen.
In der QFT gibt es keine negativen Energiezustände, das Vakuum hat die niedrigste Energie von allen, die wir normalerweise auf Null umdefinieren. Alle Teilchen und Antiteilchen haben positive Energie. Es ist kein Dirac-See erforderlich.
Benutzer108787