Sind alle uns bekannten Felder im Universum Quantenfelder?

Sind alle uns bekannten Felder im Universum Quantenfelder? Müssen alle existierenden Felder von Natur aus Quanten sein?

Was ist mit Feldern, die noch entdeckt werden müssen (z. B. ein neues Feld wie das Higgs-Feld), müssen sie alle Quantenfelder sein?

Wir versuchen immer noch zu verstehen, wie Gravitationsfelder in Quantenbegriffen Sinn machen, aber es gibt gute theoretische Gründe zu der Annahme, dass Gravitation genauso quantenhaft sein sollte wie jedes andere Feld.
@JG - Abgesehen davon, dass die Quantengravitation mit ziemlicher Sicherheit nicht durch eine Quantenfeldtheorie beschrieben wird. Es gibt gute theoretische Gründe zu der Annahme, dass die Schwerkraft auf irgendeine Weise quantisiert werden sollte, aber es ist sicher, dass die Quantenfeldtheorie nicht der richtige Weg ist.
@Prahar In seiner jetzigen Form ja; Aber sobald wir ein reiferes Verständnis des Themas haben, wird die Schwerkraft in gewissem Sinne „ein Quantenfeld“ sein, nur nicht im Sinne von „hat eine CFT-UV-Grenze“.
Die zugrunde liegende Prämisse der Frage ist ein Feld epistemologischer Landminen und daher schlecht definiert: Was bedeutet es, dass ein „Feld“ „existiert“? Beispielsweise lassen sich viele Experimente mit klassischer Elektrodynamik viel besser erklären als mit einer hoffnungslos überkomplizierten Quantenelektrodynamik-Erklärung, manche aber auch nicht. Bedeutet das, dass das klassische elektrische Feld nicht "existiert"?
@JG Das scheint eher eine Antwort als ein Kommentar zu sein.

Antworten (2)

Derzeit sind alle fundamentalen Felder Quanten, mit Ausnahme der Gravitation. Aus diesem Grund ist die Quantengravitation ein heißes Forschungsgebiet, aber die vollständige Quantengravitationstheorie wurde noch nicht entwickelt. Warum nicht?

Die Herausforderung ist nicht nur technisch, sondern konzeptionell. Einerseits kann die Quantenfeldtheorie nicht konsequent mit irgendeiner klassischen Theorie koexistieren. Wenn die Quantenfeldtheorie richtig ist, dann muss Gravitation Quanten sein. Andererseits kann die Gravitation nicht nur eine weitere Quantenfeldtheorie sein, denn die Gravitation verbiegt den Raum und die Zeit („den Hintergrund“), auf denen die Quantenfeldtheorie basiert, und dies schafft unangemessene Herausforderungen (die Zeit ist stetig und unabhängig in der QFT , hängt aber vom Feld ab und ist in GR dynamisch), die technisch zu einer Nicht-Renormierbarkeit der Quantisierung führen.

Der einzig logische Weg, diesen Widerspruch aufzulösen, besteht darin, zuzugeben, dass beide Theorien, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie, Annäherungen an eine andere unbekannte Theorie sind, die jedoch an sich weder die Allgemeine Relativitätstheorie noch die Quantenfeldtheorie ist. Wie im obigen Kommentar von @Prahar erwähnt, besteht die Möglichkeit, dass die Schwerkraft auf irgendeine Weise quantisiert wird, aber die Quantengravitation wird keine Standard-Quantenfeldtheorie sein.

Andere Möglichkeiten wurden ebenfalls nicht ausgeschlossen, wie zum Beispiel, dass die Gravitation keine Quantennatur hat oder eine Natur hat, die unser Verständnis von „Quanten“ und was genau wir damit meinen, verändern würde. Daher ist die Antwort auf Ihre Frage, dass es noch niemand weiß.

Viele würden das Higgs-Feld für grundlegend halten. Andere mögen seine Existenz immer noch in Frage stellen. Ist es wirklich das Higss, das Teilchen massiv macht? Oder ist es stattdessen die Quantengravitation? Die beste Antwort auf Ihre hartnäckige Frage ist, dass wir es nicht wissen. Sicher scheint, dass die Quantenfeldtheorie modifiziert werden muss, aber es ist unklar, ob die Schwerkraft Quanten oder etwas völlig Neues werden muss, da das quantenphysikalische Konzept, wie wir es kennen, auf der Planck-Skala zusammenbricht. Vielleicht würde es helfen, wenn Sie klarstellen würden, was genau Sie mit "Quantum" meinen und was die Motivation für Ihre Frage ist.
Die Nichtkompatibilität der allgemeinen Relativitätstheorie mit der Quantenfeldtheorie ist nicht inhärent „weil die Schwerkraft Raum und Zeit krümmt“ , sondern aufgrund des technischen Problems der Nichtrenormierbarkeit der naiven Quantisierung von GR. Dieses Problem kann auch bei anderen klassischen Theorien auftreten, die in keiner Weise Raum und Zeit krümmen, so dass die Behauptung, dass dieser Aspekt von GR daran schuld ist, dass er nicht quantifizierbar ist, schlecht unterstützt wird.
@ACuriousMind Dies ist keine Frage für Hochschulabsolventen, die von einer solchen Detailgenauigkeit profitieren würde. Dieses technische Problem ist nicht einfach "technisch", sondern kommt von der Tatsache, dass QFT auf der statischen (oder stetigen) Zeit basiert, während die Zeit in GR dynamisch ist und vom Feld selbst abhängt, was nur eine andere Art zu sagen ist, dass die Raumzeit gekrümmt ist (auch durch das Feld selbst, das zu dieser Zeit überhaupt erst definiert wird). Daher fehlt Ihrem Kommentar die physische Einsicht. Und wenn ein anderes klassisches Feld ebenfalls nicht renormierbar ist, kann dies einen ganz anderen Grund als die Schwerkraft haben.
@ACuriousMind Was wird bei diesen "naiven" Versuchen überhaupt quantisiert? Eine Näherung für schwache Felder?
@parker Da die Schwerkraft derzeit kein Quantum ist, können wir die Möglichkeit nicht ausschließen, andere Felder zu entdecken, die zumindest kein Quantum wären, bis wir lernen, sie zu quantisieren. Also nein, neu entdeckte Felder müssen nicht gleich Auantum sein. Zum Beispiel war das Feld, das sich auf die kausalen Eigenschaften der Zeit bezieht und angeblich vor etwa 60 Jahren von Kozyrev entdeckt wurde, kein Quantenfeld (Suche nach Kozyrev Causal Mechanics).

Wir glauben, dass das Universum im Grunde quantenmechanisch ist. Wir würden also erwarten, dass alle fundamentalen Felder quantenhafter Natur sind. Das bedeutet jedoch nicht, dass alle Felder Quanten sind.

Die Gesetze der Physik sind skalenabhängig (Joseph Conlon gibt in Why String Theory? eine sehr gute Darstellung dazu ). Somit hängt die Natur des Feldes von der Größenordnung der Theorie/des Problems ab. Wenn das Ausmaß des Problems im klassischen Bereich liegt, dann sind die Interessengebiete klassischer Natur. Im Prinzip können wir ein solches Problem mit Quantenfeldern lösen, aber in der Praxis funktioniert das nicht ganz so.

Sind alle uns bekannten Felder im Universum Quantenfelder?
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