Почему квантовые эффекты не делают недействительной скорость светового барьера?

Доказывая, что материя не может достичь скорости света (факт, который я называю барьером кинетической энергии), Эйнштейн использует тот факт, что он может рассчитать скорость и положение электрона. Однако, если применяются квантовые эффекты, то это, похоже, создает проблему в самих предположениях Эйнштейна. Насколько верно доказательство барьера кинетической энергии, даже если в природе существуют квантовые эффекты?

Связано: physics.stackexchange.com/q/6202/2451 и ссылки в нем.
Привет, Нихил, и добро пожаловать на биржу стека физики! Я отредактировал ваш вопрос по нескольким причинам: (1) это было действительно два вопроса в одном, и мы обычно предпочитаем, чтобы отдельные вопросы задавались в отдельных сообщениях; (2) первая часть вашего вопроса уже была рассмотрена теми, на кого ссылаются Qmechanic и voix. Вместо того, чтобы закрыть это как дубликат, я решил, что просто сделаю этот пост о квантовой вещи. Если после прочтения связанных вопросов вы все еще не понимаете, как фотоны могут путешествовать со скоростью света, вы можете опубликовать новый вопрос об этом.
Я застрял в этой точке: нет предела кинетической энергии, которую может иметь объект, скорее, его кинетическая энергия стремится к бесконечности, когда его скорость достигает c.
@David: Ваше редактирование было настолько неуклюжим, что вы изменили смысл вопроса! Как бы то ни было, это было дубликатом «Как фотон может не иметь массы и при этом двигаться со скоростью света?». Я ответил на измененный вопрос.
@Ron: да, в данном случае это именно то, что я хотел сделать. Как бы то ни было, вопрос был частично дубликатом другого, но у него была другая часть, которая не была дубликатом. Поэтому вместо того, чтобы закрыть его сразу, я просто отредактировал часть, которая была дубликатом. (Кроме того, я знаю, что «скорость светового барьера» является общим термином, но я решил сохранить формулировку Нихила о «барьере кинетической энергии», потому что я не думаю, что это сделало вопрос менее понятным. Но это прекрасное редактирование. )

Ответы (2)

К настоящему времени хорошо известно, что скорость светового барьера неприменима к квантовым частицам, и это свойство сильно ограничивает построение релятивистских квантовых теорий поля и других релятивистских квантовых систем. Аргумент, что вы не можете передавать сигналы быстрее скорости света, хорош, но частицы не обязательно являются сигналами, потому что если вы создадите частицу здесь и измерите частицу там, возможно, вы будете измерять не созданную вами частицу, а другую. идентичная частица, которую вы создали из вакуума.

Итак, релятивистская теория поля с ее частицами быстрее скорости света требует, чтобы не было уникальных частиц, чтобы все частицы имели идентичные копии. Кроме того, движение, превышающее скорость света, может быть обратным во времени в разных системах отсчета, а движение в обратном направлении означает, что у каждой частицы должен быть обратный во времени партнер, называемый ее античастицей.

Квантовое поле восстанавливает локальность. Таким образом, хотя квантовые частицы могут распространяться быстрее света, информация не может распространяться быстрее света. Квантовые поля — это величины, которые сообщают вам, какую информацию вы можете получить локально с помощью экспериментов. Частицы в гамильтоновой формулировке нелокально связаны с квантовыми полями (но они связаны более просто в формулировке интеграла по траекториям частиц).

Доказательство того, что квантовые частицы не могут быть ограничены скоростью меньше скорости света, простое: ограничение положительной энергии означает, что частота положительна, а ограничение прямого распространения внутри светового конуса означает, что пропагатор исчезает за пределами будущего светового конуса. так, в частности, в прошлое. и нет функции, которая обращается в нуль в полуплоскости, преобразование Фурье которой также обращается в нуль в такой большой неограниченной области. Это описано в этом ответе: причинность и античастицы

Предполагая надежную настройку, используя запутанный триггер, я могу быть уверен, что кот Шредингера мертв до того, как свет его трупа достигнет меня.
Однако, я думаю, когда люди имеют в виду «превышение скорости светового барьера», они имеют в виду именно передачу информации и причинных воздействий (или что-то равнозначное этому) в «другую» область события.
КТП, как вы говорите, этого не допускает, даже если некоторые ненаблюдаемые процессы можно интерпретировать как «идущие быстрее света».

Инвариантность скорости света необходима для существования «квантовых эффектов» (если под этим вы имеете в виду вероятностные явления).

Поскольку скорость света неизменна, фиксирована на уровне 1 l p на 1 t p , и никакие измерения невозможны ниже масштаба Планка, поэтому любая скорость меньше c должна быть описана как вероятность в этом масштабе.

Даже если вы начертите положение волнового фронта как гладко непрерывное независимо от масштаба, когда вы наложите гладкий путь этого волнового фронта на миллиметровую бумагу, взяв каждый квадрат равным 1 l p на 1 t p, поскольку наклон пути - это скорость , при скоростях ниже c все чаще будут возникать случаи, когда два или более последовательных шага вперед по времени могут попадать между двумя последовательными шагами вперед по расстоянию.

Алиса, не зная начального состояния системы, наблюдая за частицей в определенной точке, даже если бы она знала ее скорость, никогда не сможет знать наверняка, где будет частица в следующий планковский момент времени, потому что всегда будет вероятность того, что частица переместится на 1 l p относительно ее системы отсчета , меньше 100 % .

Принимая во внимание это, кажется, что инвариантность с действительно заставляет двигаться медленнее, чем с , чтобы быть выраженной как вероятности на шкале ниже, ниже которой наблюдение теоретически не может различить различия. Возможно, это кажется круговым аргументом, но учтите, что если бы максимально возможная скорость ( c ) могла измениться, то и длина Планка тоже изменилась бы.

Что касается другого ответа, в котором говорится, что квантовые частицы могут двигаться быстрее скорости света, я не уверен, насколько полезен этот ответ, даже если он верен, потому что «квантовая частица», которая движется быстрее света, не относится к той же категории вещей. как и все остальное, о чем мы думаем как о «частице». Кроме того, в свете работ Джоя Кристиана, Джона Буша и др., похоже, ведутся некоторые споры о том, точно ли интерпретация КМ отражает то, что на самом деле происходит за кулисами. Хотя нет никаких сомнений в точности предсказаний КМ, космологическая картина, которую она рисует, ни в коем случае не является научно доказанной, как скорость света.

Если мы ограничимся только обсуждением того, что непосредственно наблюдаемо и что на самом деле представляет собой «информацию», я думаю, мы сможем избежать некоторой семантической путаницы. Когда мы говорим «скоростной барьер», мы имеем в виду скорость, с которой может двигаться наблюдаемый или реальный объект, и мы должны исключить из обсуждения любые воображаемые или виртуальные вещи, которые исключаются из уравнения к тому времени, когда можно наблюдать какой-либо эффект. .

Поправьте меня, если я ошибаюсь, пожалуйста.

Первое предложение явно неверно, потому что мы имеем совершенно непротиворечивую нерелятивистскую теорию квантовой механики.
Мне любопытно, почему вы думаете, что нерелятивистская квантовая механика означает, что неизменность скорости света не имеет решающего значения для вероятностной природы квантовой механики? Мне кажется, что ограничения нашей способности наблюдать квантовые вещи отчасти связаны с тем фактом, что мы не можем наблюдать вещи с помощью фотонов, не стреляя в них со скоростью света. Если бы фотоны могли отражаться от предметов довольно медленно, возможно, это позволило бы нам проводить более точные и менее вероятностные наблюдения. Конечно, я всего лишь дилетант, рассуждающий об этих вещах из того ограниченного количества прочитанного.
Это не дает ответа на вопрос. Чтобы подвергнуть критике или запросить разъяснения у автора, оставьте комментарий под его публикацией. - Из обзора
@JonCuster: Хотя этот ответ кажется мне неправильным и извилистым, это попытка ответить на вопрос. CommaToast, вы, кажется, предполагаете, что квантовая механика предполагает, что планковская длина и планковское время являются пределами измерения. Это неправильно, мы говорим это эвристически, потому что это шкала, где квантовая гравитация становится определенно значимой, но ни время, ни пространство не являются дискретными в стандартной квантовой механике, как вы можете видеть по оператору положения, имеющему непрерывный спектр, и эволюция во времени как гладкая однопараметрическая группа.
@ACuriousMind - действительно, возможно, я выбрал неправильный вариант - что бы вы (и сообщество) предпочли для этого?
@ACuriousMind: Это попытка ответить на вопрос только в слабом смысле, что это куча вещей, которые автор изобрел и надеялся, что они будут иметь какое-то отношение к вопросу. Я думаю, что для того, чтобы считаться реальной попыткой, она должна быть основана на некоторых реальных знаниях, которые, как показывает ваш комментарий, явно не таковы.
Почему квантовые эффекты не делают недействительной скорость светового барьера?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v