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Principio de incertidumbre relativista: ¿posición y tiempo propio o mometum?

¿Existe una relación de incertidumbre que se pueda construir en la relatividad especial similar a $[x,p]=i$ ? Por ejemplo, si conozco la posición de un reloj con incertidumbre cero, entonces no tengo ninguna información sobre su momento y, por tanto, sobre su tiempo propio?

¿El uso de un campo de Klein Gordon cuantificado en el espacio de posición ofrecería alguna idea, o la cuestión no está bien definida para empezar? Encontré algo al respecto, incertidumbre masa-tiempo que se desprende de la observación de las variables conjugadas en la acción de SR-tic, ¿existen también otros tipos de relaciones de incertidumbre?

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Todd White Puntos 4257

Todo depende del sistema que describa.

Sistema de primera cuantificación

Por ejemplo, es posible cuantificar la siguiente acción (primero cuantificada) para la partícula puntual relativista:

$$ S[X] = -m c \int d{\lambda} \sqrt{g_{\mu \nu} \dot{X}^{\mu} \dot{X}^{\nu}}, $$

donde $\dot{X}$ significa $dX/d\lambda$ y $\lambda$ es un parámetro arbitrario no físico utilizado para etiquetar los puntos de la línea del mundo con números reales.

Cuando se cuantifica este sistema, su espacio de Hilbert cinemático (sin restricciones) $\mathcal{K}$ es un espacio de funciones espaciotemporales rápidamente decrecientes:

$$ \Psi(t,\mathbf{r}) \in \mathcal{K}. $$

Al igual que en el caso no relativista, las relaciones de incertidumbre son

$$ \Delta{x} \Delta{p} \le \frac{\hbar}{2}, $$

pero también hay otra relación

$$ \Delta{t} \Delta{E} \le \frac{c \hbar}{2}$$

que encontramos antes como la relación de incertidumbre tiempo-energía, sólo que en esta descripción es un ciudadano de primera clase.

Sin embargo, el panorama se oscurece por la existencia de restricciones. El espacio físico de Hilbert $\mathcal{H}$ viene dada por aquellos elementos de $\mathcal{K}$ que son soluciones de la ecuación de Klein-Gordon. (Para ser precisos, por elementos de $\mathcal{K}^{*}$ que desaparecen cuando se evalúan en las soluciones de la ecuación de Klein-Gordon).

Sistema de segunda cuantificación

O puedes saltar directamente a la Teoría Cuántica de Campos e inspeccionar el lagrangiano de Klein-Gordon como un lagrangiano para el campo cuántico. Entonces tendrás las funciones de onda

$$ \Psi[\phi(\mathbf{r})] $$

como estados, y la relación de incertidumbre dice

$$ \Delta \phi \Delta \pi \le \frac{h}{2} $$

con $\pi(\mathbf{r})$ los momentos canónicos para $\phi(\mathbf{r})$ .

Esta descripción se considera más fundamental. Las relaciones de incertidumbre posición-momento y tiempo-energía para las partículas elementales se derivan de esto si se consideran las fluctuaciones del estado de vacío del campo (estados de las partículas elementales).

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