Re: Qualcuno ha mai visto una particella virtuale?

From: Valter Moretti <vmoretti2_at_hotmail.com>
Date: Sun, 14 Oct 2007 09:20:30 -0700

On 14 Ott, 09:58, LuigiF <fortunati.lu..._at_gmail.com> wrote:

> Ho riguardato tutte le tue risposte che comprendessero la frase
> "fotoni virtuali" e devo riconoscere che sei sempre stato cauto
> sull'argomento.
>
> Ma non � cos� per i tuoi colleghi, infatti non mi pare che la frase
> "L'interazione coulombiana (forza indubbiamente reale) deriva dallo
> scambio di fotoni virtuali" sia appannaggio soltanto dei famigerati
> libri divulgativi.
>
> Un esempio � il libro di Feynman "Theory of Fundamental Procecces",
> citato in una risposta del 26 marzo 2002, nella quale si specifica che
> i fotoni virtuali "presi da soli danno proprio luogo all'interazione
> coulombiana".
> Tu, personalmente, da dove ritieni che si origini la forza di
> Coulomb?

Ciao, Feynman aveva le sue idee sull'argomento: le particelle virtuali
le ha introdotte lui, purtroppo non c'� pi� e non gli si possono
chiedere chiarimenti. Per� la maggior parte dei fisici dopo Feynman
usa l'approccio di Dyson e non quello di Feynman. Quello di Dyson si
integra bene con le idee della meccanica quantistica precedenti alla
formulazione della QED da parte di Feynman. La formulazione standard
(diciamo Dirac/von Neumann) a Feynman non piaceva molto tant'� che,
come � noto, riformul� la meccanica quantistica di sana pianta dalle
fondamenta, arrivando alla formulazione con "l'integrale di Feynman".
Per dimostrare che la sua formulazione era equivalente a quella
standard c'� voluto Dyson.
La frase di Feynman che citi io non la conosco, per discuterne dovrei
vedere il contesto nella quale � stata espressa.
 Le mie idee sulle particelle virtuali sono ancora pi� radicali del
semplice "esserne cauto nell'usarle", dato che io mi occupo di teoria
quantistica dei campi in spaziotempo curvo. In tale ambiente NON c'�
nemmeno la nozione di particella reale, perch� questa � definita
attraverso l'invarianza di Poincar� che defunge appena accendi la
gravit�. Pertanto la stessa nozione di particella non la considero un
oggetto fondamentale sul quale costruire altri concetti.

Riguardo alla forza di Coulomb, mi sono gi� espresso. Riferendosi alla
forza di Coulomb tra due cariche macroscopiche (a livello microscopico
quantistico la nozione forza non ha senso), la forza di Coulomb si
ottiene come forza "effettiva", andando a calcolare la variazione
dell'energia del sistema delle due cariche + campo (quantistico
elettrico), per unit� di distanza tra le due cariche. Lo stato
quantistico del campo EM in questa situazione, che � quello di energia
minima, � uno stato in cui l'osservabile "numero di fotoni" non �
definita. Il calcolo di tale energia pu� essere fatto con uno schema
perturbativo in cui si somma una serie infinita ed � possibile
associare ad ogni termine della serie dei disegnini (diagrammi di
Feynman). Tali disegni sono insiemi di curve nello spaziotempo
(oppure via trasformata di Fourier, nello spazio dei quadrimomenti)
sulle quali si eseguono certi integrali e possono essere interpretate
come le storie (linee di universo ) di fotoni. Il punto � che
l'interpretazione � forzata: se uno guarda bene le cose scopre che
queste particelle che seguirebbero tali linee di universo non possono
soddisfare alcune relazioni valide per le particelle reali, tipo pp= -
m^2, verrebbero fuori energie negativie e cose simili.
Per questo si parla di particelle virtuali. Tuttavia, sommando tutti i
contributi (e togliendo alcuni infiniti con la procedura di
"rinormalizzazione", ma questo � un altro discorso), il risultato
finale non viola alcuna legge fisica.

Quindi, l'interazione coulombiana macroscopica � un fenomeno delle
leggi quantistiche dei campi elettromagnetici e le cariche. Sarebbe
sbagliato volerla spiegare a livello microscopico con concetti quali
la forza, perch� tale concetto � intrinsecamente macroscopico. Cercare
infine una descrizione in termini di forze coinvolgendo oggetti, le
particelle virtuali, che non hanno nemmeno uno status fondamentale e
che, dal mio punto di vista, non sono nulla di pi� che un comodo
strumento matematico, anche se molto intuitivo, � davvero di una
perversione notevole.

La nozione di particella virtuale,se usata bene pu� portare ad intuire
fenomeni interessanti, come la radiazione di Hawking. Tuttavia, anche
in quest'ultimo caso, se andate a vedere le pubblicazioni serie di
Hawkling e di chiunque altro sull'argomento, scoprirete che ci si
guarda bene dall'usare le particelle virtuali...


Riguardo alla radiazione di Hawking, la "spiegazione" con le
particelle virtuali funziona cos�: si crea una coppia di particelle
virtuali fuori dall'orizzonte. Perch� devono essere virtuali? Perch�
la loro energia complessiva deve essere ZERO, dato che ho creato dal
nulla e pertanto per avere 2 particelle con quadrimpulso diverso da
zero devo violare la legge che collega la massa al quadriimpulso al
fine di avere una delle due particelle con energia negativa. Poi una
delle particelle cade nel buco nero. La nozione di energia oltre
l'orizzonte degli eventi � differente, dato che il vettore di Killing
che si usa per definirla diventa di "tipo spazio" (questo � il punto
fondamentale che quasi mai si spiega). Come conseguenza, sono ammesse,
oltre l'orizzonte degli eventi, energie negative. Allora la particella
virtuale che ha attraversato l'orizzonte pu� essere interpretata come
particella reale, con energia negativa. L'energia negativa
contribuisce alla massa del buco nero sottraendo energia. La
particella esterna all'orizzonte ha esattamente tale energia cambiata
di segno (la somma delle due energie era inizialmente nulla e deve
esserlo per sempre). In questo modo, il buco nero perde energia, cio�
massa, e questa appare in una particella fuori dall'orizzonte. Questa
� la storiella. La storia vera � ben pi� tecnica e complessa, e le
particelle virtuali non c'entrano niente.

Ciao, Valter


> Luigi.
Received on Sun Oct 14 2007 - 18:20:30 CEST