Así que este es realmente el giro en la construcción de la QFT que a veces todavía se malinterpreta. Históricamente, gente como Dirac observó que las soluciones a ecuaciones de campo relativistas tales como la ecuación espinor para $\psi(x)$ admitió aparentes densidades de masa-energía negativas. Sin embargo, una vez que te adentras en la QFT, ya sea desde una "segunda cuantización" o desde una construcción ascendente fockiana, te das cuenta de que nunca fueron densidades de energía negativas, es sólo que $\psi(x)$ representaba una "mezcla especular" de operadores de creación de un tipo de partículas y operadores de aniquilación para sus "compañeros especulares". Esto significa que operadores como $\psi(x)$ actuando sobre un estado crearía una partícula en $x$ y destruir su compañero de espejo, si estaba en $x$ .
Resumiendo, los "compañeros espejo", también conocidos como "antipartículas", son absoluta y definitivamente partículas con energía positiva, igual que las "partículas ordinarias", y no pueden surgir sin una fuente positiva de energía. (No hablemos demasiado de " partículas virtuales " que permiten que las rarezas cuánticas influyan en las interacciones sólo por la "posibilidad de que haya partículas/antipartículas, si hubiera suficiente energía").
Más concretamente, la construcción de la QFT requiere postular un vacío, y su definición es que no puedes bombear libremente más partículas/antipartículas de energía positiva, ya que las energías negativas no están permitidas. Esta suposición puede no ser obvia, pero en realidad es simplemente la única opción que permite obtener predicciones útiles de la teoría. Y una última cosa: no hay ninguna forma significativa de distinguir una partícula de energía positiva que se desplaza hacia delante en el tiempo de una partícula de energía negativa que se desplaza hacia atrás en el tiempo. Así que se podría decir que toda la materia que cae en un agujero negro es materia de energía negativa que viaja hacia atrás en el tiempo. Pero nunca verás un positivo partícula de energía viajando hacia atrás en el tiempo fuera de un agujero negro.
La razón por la que a veces se hace referencia a las antipartículas como "partículas irreversibles en el tiempo" es un poco sutil y tiene que ver con la simetría de Lorentz, en particular con la CPT. Lo que ocurre es que se pueden construir teorías con procesos irreversibles en el tiempo sin perder la invariancia de Lorentz, siempre y cuando los "amigos del espejo" también participen en el juego. La cuestión es que la teoría no necesita permitir procesos idénticos de inversión temporal con las partículas originales, sólo necesita permitir procesos idénticos de inversión temporal con sus compañeras espejo (y posiblemente también paridad invertida).
Entiendo un poco de dónde viene esta pregunta - realmente se remonta a la comprensión popular de la creación de la radiación de Hawking por pares partícula-antipartícula virtuales. Pero en esta explicación es no importante que la partícula que entra es una antipartícula, mientras que la que sale es una partícula. Se pueden intercambiar estas dos y, de hecho, la radiación Hawking está hecha tanto de partículas como de antipartículas. Lo que permite la radiación Hawking es la "rareza cuántica" que permite a los principios cuánticos "tomar prestada" virtualmente energía-momento y transferirla a través de intervalos espaciales si es energéticamente favorable. En el lenguaje de las partículas virtuales, se trata de un par partícula-antipartícula cualquiera de los cuales está ejecutando el transporte en en cualquier dirección .
Sin entrar en más detalles, sólo quiero señalar que lo único que permite al agujero negro "filtrar" partículas es la ruptura de la inversión temporal por el colapso. Un cálculo perfectamente reversible en el tiempo en realidad no produce radiación (lo que en realidad fue calculado por Unruh algún tiempo antes que Hawking). Así que realmente la radiación Hawking se crea a pesar de Simetría CPT.
