Sind die Photonen, die wir mit unseren Augen wahrnehmen, virtuell? [Duplikat]

Ein Teil von mir denkt, wenn die LSZ-Formel und die asymptotischen Zustände ( siehe hier ) in einführenden QFT-Büchern rigoros diskutiert würden, anstatt der schlampigen Präsentation, die normalerweise gegeben wird (wenn überhaupt), würde all diese Verwirrung um virtuelle Teilchen stark reduziert.

QFT ist einfach unendlich dimensionales QM, und in QM hat man nur Zustände und einen Hamilton-Operator. Nichts mehr. Nirgendwo können sich "virtuelle" Staaten verstecken.

Ein Photon, das von Alpha Centauri zu Ihrem Auge wandert, ist ein echtes Photon, Ende der Geschichte. Das kleine Wellenpaket, das das Photon frei durch den Raum bewegt, entspricht einem im Hilbertraum erkennbaren Zustand.

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Ich lade Sie ein, den von Ihnen geposteten Blog-Beitrag von Matt Strassler genau zu lesen, da ich seiner Ansicht voll und ganz zustimme.

Beim Lesen ist mir gerade aufgefallen, dass der Unterschied zwischen einem Teilchen und einem virtuellen Teilchen in gewisser Weise überhaupt nichts mit Quantenmechanik zu tun hat, sondern sogar in der klassischen Physik vorhanden ist. Nehmen wir zum Beispiel Maxwell E&M. Das Coulomb$1/r^2$Feld, das eine Ladung umgibt, ist das, was direkt für die Anziehung von Ladungen über eine Entfernung verantwortlich ist. Allerdings gibt es bei dieser Lösung keine Lichtwellen. Lichtwellen werden erzeugt, wenn die Ladung wackelt. Dadurch entsteht eine Ausbreitung$1/r$Feld. Griffiths gibt in seinem E&M-Lehrbuch eine nette kleine Analogie, indem er sagt, dass die$1/r^2$Das Coulomb-Feld ist wie die Fliegen, die in der Nähe eines Müllwagens herumschwirren, aber wenn sich eine Gruppe dieser Fliegen abspaltet und in eine zufällige Richtung davonfliegt, ist das Strahlung, auch bekannt als „Licht“.

Im klassischen Maxwell E&M existieren nur die$E$Und$B$Feld. Einige dieser Lösungen identifizieren wir mit Lichtwellen (wenig sich ausbreitende Sinuswellen), aber NICHT alle Lösungen! Es sind keine Lichtwellen vorhanden$1/r^2$Coulomb-Potential-Lösung, und THIS ist die Lösung, die hauptsächlich für die Anziehung von Ladungen verantwortlich ist.

Nur das$E$Und$B$Felder sind alles, was in der klassischen E&M existiert, der Hilbert-Raum ist alles, was in QFT existiert. Manchmal hat ein Zustand im Hilbert-Raum eine natürliche Interpretation als besteht er aus Teilchenzuständen, wie ein Photon, das von Alpha-Centauri emittiert wird, das sich durch den Kosmos bewegt, aber nicht jeder Zustand ist in Bezug auf Teilchen verständlich. Grob gesagt finde ich folgende Analogie ziemlich gut:

Teilchen : Virtuelles Teilchen = Lichtwelle : Coulomb-Feld.

(Reizen Sie sich jedoch nicht zu sehr über diese Analogie. Wie ACuriousMind kommentiert: „ Strassler spielt ein bisschen wie ein Wortspiel und verwendet „virtuelles Teilchen“ als Synonym für „Zwischenzustand, der kein reines Teilchen ist“ auf eine andere Weise als "interne Linie in einem Feynman-Diagramm". ' Ich denke, das ist auch eine faire Einstellung und bringt wirklich mehr in die Sprache dessen, was zum Teufel ein virtuelles Teilchen sowieso ist.)

Auch die Antwort von @Deschele Schilder scheint Ihrer etwas zu widersprechen, wie würden Sie auf den Unterschied reagieren?

Man muss sich genau merken, wann die LSZ-Formel gilt, denn dann kommt all dieses Streu- und Feynman-Diagramm-Zeug ins Spiel. LSZ ist relevant, wenn Sie weit voneinander entfernte Wellenpakete haben, die sich in einem räumlichen Bereich, der als „Interaktionszone“ bezeichnet wird, erheblich überlappen (siehe Antwort und Bild hier ). Wenn Alpha Centauri nun ein Photon freisetzt, ist ein weit auseinander liegendes Wellenpaket, das den Stern verlässt, genau das, was Sie bekommen. Mit anderen Worten, das Photon, das Alpha Centauri verlässt, ist bereits das „äußere Bein“ des Prozesses, der es erzeugt hat.

Außerdem, philosophisch gesehen, warum sollte das Elektron in Ihrem Auge realer sein als das Photon, das es angeregt hat? Wer sagt, dass angeregte Elektronen "echte" Messungen sind und die Photonen nur virtuell sind? Könnten Sie nicht sagen, dass Sie Elektronen nur durch die Emission und Absorption von Photonen nachweisen können ? Das scheint mir ein ziemlich abscheuliches Henne-Ei-Spiel zu sein.

Würde ich richtig sagen, wenn Sie die Wechselwirkung zwischen einem Elektron in Alpha Centauri und einem Elektron in Ihrem Auge berechnen wollten, hätten Sie „virtuelle Photonen“ in der QED-Berechnung, aber dies ist ein ganz anderer Prozess als der reale Photonenabsorptionsprozess in meiner Frage?

Das ist eine gute Frage, und ich glaube nicht, dass Sie damit richtig liegen würden. Zum einen ist das Elektron in Ihrem Auge in einem Atom, in seiner eigenen Umlaufbahn, gebunden und kein freies Elektron. Das korrekte Feynman-Diagramm würde also wahrscheinlich beinhalten, dass ein Atom ein Photon absorbiert und in einen angeregten Zustand übergeht. Es gibt auch eine breite Palette von Dingen, die im Kosmos schweben, die Sie berücksichtigen müssen, also würde ich mir auch vorstellen, dass Dekohärenzeffekte einen großen Einfluss auf das Photon auf seiner Reise haben würden.

Meiner Meinung nach wäre die technisch korrekteste Behandlung, das Photon als externes Bein eines Emissionsprozesses auf Alpha-Centauri emittieren zu lassen, es dann als ehrliches Teilchen reisen zu lassen und dann ein separates Feynman-Diagramm für den Absorptionsprozess zu zeichnen durch das Atom. Ich denke, eine solche Behandlung hat eine stärkere Grundlage in der eigentlichen LSZ-Formel, woher all dieses Partikelstreuungs-Zeug kommt, wenn man es genau nimmt.

Es ist verrückt, wie ich diese Art von Ideen zu sehen scheine, die von Leuten mit einem ziemlich großen physikalischen Bildungshintergrund verbreitet werden.

Ich denke, dass die Tatsache, dass sich Physiker mit hohem Bildungsniveau in Sachen Interpretation und Sprache stark unterscheiden, weniger verrückt wird, je mehr hochgebildete Physiker man trifft.

Ich habe die gleiche Bemerkung in dem Buch "Einführung in Elementarteilchen" von David Griffiths gelesen. Und im Prinzip hat er recht. Alle Photonen, die sich zwischen einem Emissionsereignis und einem Absorptionsereignis befinden, sind virtuell. Ein Photon, das auf Alpa Centauri emittiert und in Ihrem Auge absorbiert wird, ist virtuell. Du kannst es nicht beobachten, denn wenn du es beobachtest, dann kann es dein Auge nicht mehr erreichen. In diesem Sinne ist es virtuell. Das Photon ist jedoch sehr realitätsnah, da es auch als ein Bein eines Feynman-Diagramms betrachtet werden kann. Die Beine dieser Diagramme werden als echte Teilchen betrachtet. Und damit das Photon. Sie können die Wechselwirkung zwischen einem Elektron auf Alpha Centauri und einem Elektron in Ihrem Auge auch als eine durch ein Photon vermittelte Reaktion zwischen zwei Elektronen betrachten. Das Photon ist in diesem Fall ein virtuelles Teilchen und die beiden Elektronen sind real. Das Photon ist einem echten Teilchen sehr nahe. Es hält lange an, was bedeutet, dass es seiner Massehülle nahe kommt. Ebenso kann man die Elektronen auch virtuell nennen, dh wenn sie vernichtet werden, wenn sie auf ein Positron treffen.

Im Zusammenhang mit der Quantenfeldtheorie ist die Antwort viel komplizierter (man kann nicht einmal über Teilchen sprechen), aber ich denke, das Bild reicht in diesem Zusammenhang aus.

Photonen werden durch sich ausbreitende Wellen beschrieben und gehorchen der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung. Virtuelle Photonen sind nur Fourier-Komponenten des sich nicht ausbreitenden oder Nahfelds.