Wer erkannte zuerst, dass die Unschärferelation die Erzeugung virtueller Teilchenpaare ermöglicht?

Das „lebende Vakuum“ war um 1930 für jeden offensichtlich, es brauchte keinen Entdecker. Vielleicht sollten Sie Dirac zuschreiben, vielleicht Jordan, vielleicht Fock, vielleicht Fermi, vielleicht Heisenberg, vielleicht Bohr/Rosenfeld, vielleicht Klein, wer weiß.

Ich würde Heisenberg, Kramers und Schrödinger für die Entwicklung der Störungstheorie des stationären Zustands loben. Die Ideen von Kramers Heisenberg ermöglichten virtuelle atomare Übergänge zwischen Absorption und Emission von Licht, und Schrödingers Störungstheorie ermöglichte es Ihnen, die Eigenschaften von Eigenzuständen aus diesen virtuellen Zuständen zu berechnen.

Nachdem die Quantenfeldtheorie von Heisenberg, Jordan, Dirac und anderen formuliert worden war, waren die stationären Zustände eindeutig Zustände mit fester Teilchenbesetzungszahl, und virtuelle Zustände wurden automatisch zu virtuellen Teilchen, ohne dass es einer Entdeckung bedarf, da die Idee virtueller Zustände bereits verstanden wurde .

Eine Hauptmotivation für das Quantenfeldkonzept kam vom Klein-Paradoxon – die Dirac-Gleichung ist, wenn sie als Einzelteilchengleichung interpretiert wird, inkonsistent, weil sie es zulässt, dass sich Transmissions- und Reflexionskoeffizienten zu mehr als eins addieren. Dies verletzt die Grundideen der Wahrscheinlichkeit. Oscar Klein war ein unbesungener Hauptakteur bei der Entwicklung der frühen Quantenfeldtheorie.

Abgesehen von fluktuierenden virtuellen Partikeln gibt es andere Konzepte des dynamischen Vakuums, die unterschiedlich sind und mit verschiedenen Personen in Verbindung gebracht werden:

• Das Dirac-Meer: Dieses Bild von Positronen als Elektron-Löcher im gefüllten relativistischen negativen Energieband ist sehr physikalisch und allein auf Dirac zurückzuführen.
• Spontane Symmetriebrechung im Vakuum durch Kondensate: Diese Idee wird wahrscheinlich am besten dem älteren Heisenberg zugeschrieben, der glaubte, dass diese Modelle die gesamte Physik aus einem fundamentalen Fermi-Feld erklären würden. Der Begriff der spontanen Symmetriebrechung ist bereits in Heisenbergs Analyse einer sich ausbreitenden S-Welle eines geladenen Teilchens in einer Blasenkammer vorhanden, das Teilchen macht eine Spur, obwohl seine Wellenbeschreibung oberflächlich kugelsymmetrisch ist. Heisenbergs spezielle Theorie von allem funktioniert nicht, aber die Idee der spontanen Symmetriebrechung wurde von Nambu zu einer korrekten Theorie gemacht, der entdeckte, dass das Quark-Chiralkondensat die ungefähre chirale Symmetrie bricht, und ein Modell davon mit Jona-Lasinio erstellte.
• Higgs-Mechanismus: Das liegt an Brout und Englert, auch Higgs und Hagen, Geralnik, Kibble. Diese Idee ist, dass das Nambu-Kondensat aufgeladen und damit supraleitend werden kann.
• QCD-Leimkondensate: Dies wird wahrscheinlich am besten Shifman, Vainshtein und Zakharov zugeschrieben. Die Idee eines Leimkondensats war damals im Umlauf, aber sie gaben eine Möglichkeit, die Leimmenge zu quantifizieren.
• Dual-Supraleiter-Modell der Einschließung: Diese Idee stammt von mehreren Personen, aber t'Hooft ist am bemerkenswertesten. Die Seiberg/Witten-Theorie machte es respektabel, indem sie quantitativ exakt lösbare Modelle lieferte, bei denen man den Mechanismus qualitativ verstehen kann.

Es gibt auch fehlgeschlagene dynamische Vakuummodelle

• Lumineferous Ether: Die Idee des 19. Jahrhunderts ist, dass es mechanische Spannungen in einem raumfüllenden Material gibt, die für elektrische und magnetische Felder verantwortlich sind.
• Wirbelatome: Kelvins Idee, dass Atome Wirbel im Ätherfluss sind.
• Teleparallele Schwerkraft: Unmittelbar nach der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie postulierte Einstein den Begriff der Teleparallelität, ein Feld, das Ihnen sagen würde, welche Richtung an weit entfernten Punkten ist. Dies bricht die allgemeine Koordinateninvarianz, und ich kenne diese Theorie nicht, aber sie wurde von Leuten, einschließlich Einstein, nicht ernst genommen. Ich denke, das ist nur eines der Dinge, die er in den vielen Jahren der Arbeit an GR im Hinterkopf hatte, und er wollte es rausholen. Diese Theorie ist eine Art Äther, und manchmal sagen die Leute "Einstein hat den Äther später im Leben angenommen", sie sprechen über den teleparallelen Äther, der (ich nehme an, ich habe es nicht gelesen) relativistisch invariant ist und keine Beziehung zum hat leuchtender Äther.

Unsicherheitsprinzip für Paare$x$Und$p$oder$E$Und$t$Daten, die für ein physisches Teilchen geschrieben werden, haben nichts mit der virtuellen Paarbildung zu tun.

Die „Präsenz höherer Zustände“ in einem bestimmten Zustand hat eine begrenzte und bestimmte Bedeutung und ist nicht auf Schwankungen zurückzuführen.

Betrachten wir einen exakten Grundzustand$\psi_0$. Als analytische Formel ist sie oft unbekannt. Es wird von der Störungstheorie gesucht und in einer spektralen Form wie dieser erhalten:

$$\Psi_0=e^{-iE_0 t/\hbar}\sum_{n\ge 0}C_{0n}\psi_n^{(0)}\quad (1)$$

Diese spektrale Zerlegung ist überhaupt keine quantenmechanische Überlagerung von Zuständen! Alle höheren Annäherungszustände $\psi_n^{(0)},\: n>0$sind im exakten Zustand nicht beobachtbar$\psi_0$; Sie sind nur dumme Zahlen, um ungenaue Werte zu korrigieren$\psi_0^{(0)}$um den genauen zu erhalten, wobei letzterer immer noch der Grundzustand ist. Kein Experiment kann einen angeregten Zustand exakt oder annähernd im Grundzustand finden, nicht einmal virtuell (Vakuum ist ein Grundzustand). Aber in der Formel (1) sind die ungefähren höheren Zustände "vorhanden". Dies führt zu einer irrtümlichen Verwirrung, dass man im Grundzustand aufgrund der Unsicherheitsbeziehung für kurze Zeit höhere Zustände "finden" kann. Nein, es sind keine virtuellen Staaten.

Beachten Sie, dass die spektralen Erweiterungen wie (1) für andere exakte Zustände ($n>0$) werden in reale Berechnungen einbezogen, wo beobachtbare exakte Zustände existieren$\psi_n,\:n>0$die ihre eigenen mitbringen$\psi_{n'}^{(0)}$weil auch in der Spektralreihe erweitert. In diesem Fall sind diese ungefähr$\psi_n^{(0)},\:n>0$kann seitdem als beobachtbar bezeichnet werden$\psi_n\approx C_{nn}\psi_n^{(0)}$.

Wieder in einem bestimmten Zustand$n$

$$\psi_n=\sum_{n'} C_{nn'}\psi_n^{(0)}=C_{nn}\psi_n^{(0)}+\sum_{n'\ne n} C_{nn'}\psi_n^{(0)}\quad (2)$$ es gibt keine anderen beobachtbaren Zustände $n'\ne n$, sollte klar sein. Es ist ein Zustand mit einer bestimmten Energie, in dem nichts anderes zu finden ist.

Die einzigen beobachtbaren Zustände in einem allgemeinen Zustand$\Psi$sind diejenigen, die an der quantenmechanischen Überlagerung exakter Zustände mit ihren eigenen energetischen Exponentialen beteiligt sind:

$$\Psi=\sum_n A_n\psi_n e^{-iE_n t/\hbar}\quad (3)$$

Oft sind einige höhere beobachtbare Zustände in dieser Überlagerung durch den Energieerhaltungssatz, der zB bei Stößen gilt, einfach verboten. Andererseits gibt es keine Begrenzung$n$in den dummen Spektralzerlegungen wie (1) und (2). Bei Störungsrechnungen vermischen sich die beobachtbaren Zustände mit dummen. Aber wenn Sie die Beispiele sorgfältig analysieren, werden Sie feststellen, dass alle "virtuellen Zustände" immer die ungefähren Funktionen sind$\psi_{n'}^{0}$(Korrekturen zu$\psi_n^{0}$von (2) nach (3)) und niemals die genauen Zustände, in der regulären Störungstheorie oder in den Feynman-Diagrammen, was auch immer. Diese Tatsache zeigt ihren wahren Ursprung (1)-(2).

PS Für diejenigen, die es nicht verstanden haben: Es gibt tatsächlich keine virtuellen Staaten.