Нужны ли нам виртуальные частицы для существования?

Одна из основных причин использования виртуальных частиц заключается в том, что во многих случаях у нас нет непертурбативной формулировки квантовой теории поля. Что мы можем сделать, так это вычислить некоторые амплитуды пертурбативно (например, для результатов столкновений частиц), используя диаграммы Фейнмана. Эти диаграммы имеют входные/выходные линии, обычно отождествляемые со сталкивающимися частицами и продуктами столкновения, а также промежуточные линии, которые начинаются в одной вершине и заканчиваются в другой, полностью оставаясь внутри диаграммы. В более широком смысле их стали интерпретировать как виртуальные частицы. Можно также представить себе диаграммы вообще без входных/выходных линий, что соответствовало бы рождению/уничтожению виртуальных частиц в вакууме.

Так что виртуальные частицы полезны, по крайней мере, так же, как изображения химических связей полезны в химических расчетах, хотя с квантово-механической точки зрения эти «связи» эфемерны. Одно место, где виртуальные частицы имели эвристическую ценность, по правильным причинам или нет, — это предсказание излучения Хокинга, основанное на полуклассическом смешении КТП и общей теории относительности вблизи горизонта черной дыры. Из образовавшейся виртуальной пары одна частица падает за горизонт, а другая приобретает скорость убегания, производя излучение. Эта картина наводит на размышления, ее предложил сам Хокинг в работе «Разрушение предсказуемости в гравитационном коллапсе» (1976) , и, возможно, она послужила его мотивацией, даже если сейчас есть способы вывести ее без виртуальных частиц. Вот статья Парентани 2010 г.От флуктуаций вакуума на горизонте событий до корреляций на большие расстояния , в которых используется картина Хокинга. Такую же эвристическую ценность имеют и другие «внешности» виртуальных частиц .

Являются ли виртуальные частицы «реальными»? На данный момент мы даже не уверены на 100%, что есть что-то непертурбативное, что аппроксимирует КТП, не говоря уже о том, можно ли спроецировать вычислительный инструмент для этих аппроксимаций на реальность. Некоторые из тех, кто считает, что непертурбативная КТП существует, ожидают, что ее вообще нельзя будет интерпретировать в терминах частиц или полей, если на то пошло, но это подрывает гораздо больше, чем виртуальные частицы, см. Бейкера против полевых интерпретаций квантовой теории поля .. Даже интерпретации квантовой механики, где у нас действительно есть математически безупречная непертурбативная формулировка, все еще вызывают споры. Однако представления об атомах и электронах в 19 веке были в основном неверными с современной точки зрения, но, тем не менее, давали ценную эвристику для разработки современных теорий. Представления об эфире помогли Максвеллу сформулировать его уравнения, хотя позже его существование было отвергнуто. Виртуальные частицы могут оказаться в одной и той же корзине.