¿El principio de incertidumbre viola la ley de conservación de la energía?

Question

¿Cuál es la visión científica del principio del universo? La fluctuación cuántica parece contradecir la ley de conservación de la energía.

El Principio de Incertidumbre parece violar la Ley de conservación de la energía, lo leí en esta página de Wikipedia y se confundió.

Answer 1

Esta es la respuesta de un físico experimental:

El artículo enlazado se cuida de afirmar:

Eso significa que la conservación de la energía puede aparece pero sólo para valores pequeños de $t$ (tiempo)

La cursiva es mía.

La conservación de la energía es un hecho experimental que ha sido validado en innumerables experimentos. Esto significa, en cuanto a la correspondencia con las formulaciones de la mecánica cuántica, que la energía es un observable y a todo observable corresponde un operador mecánico cuántico que, operando sobre la función de onda del sistema observado, da el valor del observable. Los operadores mecánicos cuánticos conmutan, anticonmutan o no conmutan y cuando no conmutan la correspondiente relación de incertidumbre de Heisenberg se definirá para los valores de expectativa de los operadores no conmutantes. La dirección Principio de incertidumbre de Heisenberh es una expresión genérica de la no conmutabilidad

Leyendo más en el enlace vemos:

Esto permite la creación de pares partícula-antipartícula de partículas virtuales.

virtual significa "como si", y es una construcción matemática que afecta a los cálculos de las secciones transversales y los tiempos de vida y otras cantidades medibles, pero que no puede medirse por sí misma. En estos sencillos Diagramas de Feynman :

Hay partículas reales y partículas virtuales. Las reales son las líneas entrantes y salientes de los vértices, y las virtuales son las líneas internas que conectan los vértices. Las líneas reales representan partículas reales en su envoltura de masa. Las líneas virtuales llevan los números cuánticos de las partículas con su nombre pero no están en la envoltura de masa, es decir, no puedes aplicar la conservación del momento y la energía al mismo tiempo porque la masa correspondiente a la partícula virtual es arbitraria (bueno depende de funciones matemáticas probabilísticas pero arbitraria para el argumento). Fíjate en el diagrama responsable de las desintegraciones débiles: la masa del $W$ es $80.4\ \mathrm{GeV/c^2}$ y es la partícula virtual intercambiada en la desintegración beta del neutrón cuya masa es inferior a $1\ \mathrm{Gev/c^2}$ .

Así que cuando uno lee "creación de partículas virtuales" junto con "no conservación de la energía aparente" esto es lo que significa, que uno no puede aplicar las sumas de conservación en las líneas internas que se mantienen al equilibrar las líneas de entrada y salida. Son una conveniencia matemática para permitir el cálculo de integrales complicadas que describen los diagramas de Feynman.

Los efectos de estas partículas se pueden medir, por ejemplo, en la carga efectiva del electrón, diferente de su carga "desnuda".

Esto es una tautología, porque las partículas virtuales de los diagramas de Feynman son necesarias para que los cálculos se ajusten a las observaciones, pero hay que tener en cuenta que son una representación matemática conveniente que no se puede medir directamente y, por tanto, no es una situación real. Sólo se puede medir la entrada y la salida en un experimento. Los cálculos se ajustan bien a los experimentos y algunas personas tienden a tratar las partículas virtuales como algo real, lo que lleva a una confusión innecesaria sobre las leyes de conservación.

Answer 2

No estoy de acuerdo con esta respuesta. La conservación de la energía y el momento sigue siendo válida en cada vértice, como siempre. lo que ocurre es que con las líneas internas, la energía y el momento de la partícula pueden tomar cualquier valor. Por ejemplo tomemos el pión intercambiado y démosle un momento $k$ . Si el protón entrante tiene un momento $p$ , el saliente tendrá impulso $q=(p-k)$ . En el otro vértice el neutrón entrante tiene momento $p_1$ entonces la salida tendrá $p_2=p_1+k$ . Ahora ves que $k$ puede tomar cualquier valor y no puede haber medición directa sobre ella, por lo que puede ser mayor que la masa en reposo del protón (como en el $W$ caso).