El matrimonio de la teoría de Einstein de la relatividad y la física cuántica depende de la atracción de la gravedad
Crédito de la imagen: Shutterstock
Publicado original en Quora,y reimpreso en Forbes Mayo 17, 2017
las opiniones publicadas en Forbes es de los autores
Pregunta:
Hasta donde yo sé, la física cuántica y la teoría de la relatividad nunca se llevarán bien. ¿Significa eso que uno de ellos está básicamente equivocado?
Apareció originalmente en Quora: el lugar para ganar y compartir conocimientos, capacitar a la gente para aprender de los demás y entender mejor el mundo.
Responde Viktor T. Toth, IT físico profesional de medio tiempo, en Quora:
La física cuántica y la teoría de la relatividad se llevan bien en la mayoría de los aspectos. No siempre, pero ...
En primer lugar, la teoría cuántica predominante, la teoría del campo cuántico, es totalmente relativista desde el principio. La relatividad está "integrada en" la teoría, por así decirlo. Y es la única teoría cuántica que es completamente causal (el efecto nunca precede a la causa, para ningún observador) y puede explicar la creación y aniquilación de partículas.
Cuando digo totalmente relativista, me refiero a la relatividad especial. Pero la teoría del campo cuántico puede "vivir" también en el fondo curvo de la relatividad general. Claro, las cosas se ponen interesantes (en el caso general, tenemos que adoptar plenamente el concepto de campo y renunciar a la noción de partículas en conjunto), pero la teoría funciona.
Entonces, ¿qué no funciona? Bueno ... Einstein nos dice que la materia es la fuente de la gravedad, a través del tensor de tensión-energía. Pero en una teoría cuántica, este tensor de tensión-energía no consiste en números, sino en operadores llamados no conmutadores. ¿Significa esto que el campo gravitatorio también debe ser descrito por una teoría cuántica? Bueno, tal vez ... pero nadie lo consiguió. No tenemos una teoría cuántica viable de la gravedad.
Pero ¿realmente necesitamos uno? Hay una modificación sencilla (casi demasiado simple) que permite que las dos teorías coexistan muy bien: En lugar de los operadores cuánticos que representan el tensor de tensión-energía, solo use sus valores de expectativa. Esos son números que pueden ser conectados a las ecuaciones de campo de Einstein. Este enfoque, llamado gravedad semiclásica, funciona muy bien; Describe con precisión la Naturaleza en todas partes, excepto los momentos inmediatos posteriores al Big Bang o la proximidad inmediata de una singularidad profunda dentro del horizonte de eventos de un agujero negro. En otras palabras, lugares y tiempos que nunca podremos explorar experimentalmente.
¿Tal vez la gravedad semiclásica es la respuesta? Pero muchas personas lo encuentran profundamente insatisfactorio, un kludge (un ensamble monstruoso) si lo desea. Así que hay razones filosóficas para ir más allá de la gravedad semiclásica. Pero quizás la filosofía nos engaña. No lo sabremos hasta que sepamos quién será ... quién sabe cuándo.
Pero no es cierto que la relatividad y la física cuántica no se llevan bien. Se llevan bien casi todo el tiempo, casi todo el tiempo, de hecho.
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Publicado original en Quora,y reimpreso en Forbes Mayo 17, 2017
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Hasta donde yo sé, la física cuántica y la teoría de la relatividad nunca se llevarán bien. ¿Significa eso que uno de ellos está básicamente equivocado?
Apareció originalmente en Quora: el lugar para ganar y compartir conocimientos, capacitar a la gente para aprender de los demás y entender mejor el mundo.
Responde Viktor T. Toth, IT físico profesional de medio tiempo, en Quora:
La física cuántica y la teoría de la relatividad se llevan bien en la mayoría de los aspectos. No siempre, pero ...
En primer lugar, la teoría cuántica predominante, la teoría del campo cuántico, es totalmente relativista desde el principio. La relatividad está "integrada en" la teoría, por así decirlo. Y es la única teoría cuántica que es completamente causal (el efecto nunca precede a la causa, para ningún observador) y puede explicar la creación y aniquilación de partículas.
Cuando digo totalmente relativista, me refiero a la relatividad especial. Pero la teoría del campo cuántico puede "vivir" también en el fondo curvo de la relatividad general. Claro, las cosas se ponen interesantes (en el caso general, tenemos que adoptar plenamente el concepto de campo y renunciar a la noción de partículas en conjunto), pero la teoría funciona.
Entonces, ¿qué no funciona? Bueno ... Einstein nos dice que la materia es la fuente de la gravedad, a través del tensor de tensión-energía. Pero en una teoría cuántica, este tensor de tensión-energía no consiste en números, sino en operadores llamados no conmutadores. ¿Significa esto que el campo gravitatorio también debe ser descrito por una teoría cuántica? Bueno, tal vez ... pero nadie lo consiguió. No tenemos una teoría cuántica viable de la gravedad.
Pero ¿realmente necesitamos uno? Hay una modificación sencilla (casi demasiado simple) que permite que las dos teorías coexistan muy bien: En lugar de los operadores cuánticos que representan el tensor de tensión-energía, solo use sus valores de expectativa. Esos son números que pueden ser conectados a las ecuaciones de campo de Einstein. Este enfoque, llamado gravedad semiclásica, funciona muy bien; Describe con precisión la Naturaleza en todas partes, excepto los momentos inmediatos posteriores al Big Bang o la proximidad inmediata de una singularidad profunda dentro del horizonte de eventos de un agujero negro. En otras palabras, lugares y tiempos que nunca podremos explorar experimentalmente.
¿Tal vez la gravedad semiclásica es la respuesta? Pero muchas personas lo encuentran profundamente insatisfactorio, un kludge (un ensamble monstruoso) si lo desea. Así que hay razones filosóficas para ir más allá de la gravedad semiclásica. Pero quizás la filosofía nos engaña. No lo sabremos hasta que sepamos quién será ... quién sabe cuándo.
Pero no es cierto que la relatividad y la física cuántica no se llevan bien. Se llevan bien casi todo el tiempo, casi todo el tiempo, de hecho.
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