Si el vacío no es "vacío" ¿por qué la velocidad de la onda electromagnética es independiente del marco de referencia?

Question

Si el vacío fuera el "vacío" sería fácil aceptar que no hay "marco de coordenadas preferido" y que la velocidad de la luz es la misma en cualquier marco de coordenadas inercial. Pero el vacío es un océano de partículas "virtuales" (que llevan energía consigo y pueden desaparecer rápidamente). Esencialmente, el vacío no está vacío.

Ahora bien, ¿todas estas partículas no proporcionan, al menos en algunas regiones del espacio, un marco de coordenadas PREFERIDO? ¿No podemos hablar de un marco EN REPOSO con respecto a estas partículas y de marcos EN MOVIMIENTO con respecto a ellas? Si, suponiendo, podemos decir que existe un marco en reposo con respecto a estas partículas, ¿por qué la velocidad de la luz no difiere en este marco de su valor en otros marcos? ¿No se dispersa la luz por estas partículas? Un rayo preparado como monocromático, ¿no sufrirá una dispersión en su longitud de onda?

Para ser claros, el principio de la relatividad que dice que la velocidad de la luz es la misma en cualquier marco inercial, me parece cuestionable frente a las posibles interacciones de un haz de luz con dichas partículas.

Answer 1

Virtual las partículas no son real . Está en el nombre.

La razón por la que la gente dice que hay "fluctuaciones en el vacío" en forma de pares de partículas virtuales que se forman y aniquilan de nuevo es porque no entendieron bien Diagramas de Feynman . En los diagramas de Feynman, las líneas internas se denominan partículas virtuales, ya que las líneas externas (es decir, las líneas abiertas) corresponden a real partículas al calcular las amplitudes de dispersión perturbativa con ellas. 1

Ahora bien, a priori, si sumamos sobre los diagramas de Feynman, éstos pueden contener piezas desconectadas sin patas externas. El quantum función de partición es, en el formalismo de la integral de trayectoria, simplemente la integral de trayectoria de la exponencial de la acción, que es también el propagador para el vacío sobre sí mismo, y resulta más o menos sorprendente que esté dado por la suma de todos los diagramas sin patas externas - a veces llamado "burbujas de vacío" - en la imagen del diagrama. Además, se puede demostrar que esta función de partición es esencialmente la energía del vacío del teoría de la interacción total .

Entonces, tenemos la función de partición, que es la suma sobre todos los diagramas "puramente virtuales", que es la energía del vacío. Por lo tanto, algunos dicen que el "vacío está lleno de partículas virtuales". Pero estas partículas virtuales no son partículas son meras muletas computacionales en una burda expansión perturbadora de la energía total del vacío, y no corresponden a ninguna detectable de partículas. Por lo tanto, cualquier argumento que se apoye en la existencia, aunque sea breve y localizada, de partículas reales, fracasa si no puede formularse en el lenguaje más preciso de los diagramas o, mejor aún, de forma no perturbadora.

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1 En retrospectiva, esta es una de las peor nombrando desicions nunca.

Answer 2

La interpretación comúnmente aceptada de la relatividad especial es que es imposible determinar el movimiento absoluto de un marco de referencia (inercial) (realizando experimentos dentro de ese marco).

Así que la respuesta por defecto (teniendo en cuenta lo que sabemos) sería que no, no puedes determinar tu movimiento absoluto en relación con el mar de partículas virtuales del fondo.

Sin embargo, esto no significa que nueva física o información no pueda demostrar que esto es incorrecto.

Los aspectos a tener en cuenta serían:

• Lo que llamas "partículas virtuales" debería llamarse energía del vacío (o fluctuaciones del vacío). Son más bien fluctuaciones de energía que partículas reales.

• No se puede hacer rebotar la luz en la energía del vacío por lo que el experimento tal y como lo planteas no funcionará, sin embargo...

• Echa un vistazo a Radiación Hawking donde se predice que las condiciones en el horizonte de sucesos de un agujero negro dan lugar a partículas reales. Sin embargo, creo que todavía no se ha detectado ninguna.

• Véase también el Efecto Casimir que supuestamente se debe a la energía del vacío (por lo que es un método para detectarla). Ver también este enlace para un artículo sobre cómo las "partículas virtuales" pueden convertirse en fotones reales.

• La relatividad establece que los experimentos físicos realizados en un marco de referencia (inercial) serán iguales en otro (por lo que el experimento que sugieres debería ser igual en todos los marcos de referencia). Sin embargo, puedes considerar que la energía del vacío es un marco de referencia diferente (simplemente viajas a través de él en lugar de pasar por él) y puedes comparar un marco con otro.

• Tienes una suposición implícita de que las "partículas virtuales" o la energía del vacío están "atadas" al espacio "estacionario". No creo que sepamos lo suficiente sobre las causas de la energía del vacío como para afirmarlo con seguridad. Se cree que se debe a las fluctuaciones cuánticas del espacio (y al principio de incertidumbre), pero también se puede imaginar un escenario en el que no esté ligada al espacio, por ejemplo, que el espacio esté lleno de un mar de partículas de materia oscura que chocan continuamente y crean estas "partículas virtuales" que vuelven a desaparecer rápidamente. No estoy defendiendo que esto sea así, simplemente que has hecho una suposición y no sabemos lo suficiente sobre ella como para afirmar que sea cierta.