Virtuele fotonen

[kotje]

Zij 2 elektrisch geladen deeltjes op een grote afstand van elkaar. Zij oefenen op elkaar een kracht uit omdat ze virtuele fotonen uitwisselen. Plots en op het zelfde moment neutraliseert men de ladingen. Wat gebeurt met de virtuele fotonen, die onderweg waren tussen de 2 deeltjes?

[Bartjes]

Zij 2 elektrisch geladen deeltjes op een grote afstand van elkaar. Zij oefenen op elkaar een kracht uit omdat ze virtuele fotonen uitwisselen. Plots en op het zelfde moment neutraliseert men de ladingen. Wat gebeurt met de virtuele fotonen, die onderweg waren tussen de 2 deeltjes?

Wat ik ook niet goed vat, is hoe de virtuele fotonen weten waar ze moeten zijn. Als we één van de twee geladen deeltjes vlak voor de aankomst van het foton "een schop" zouden geven, zou je denken dat het virtuele foton het doel mist. (Zo heb je het problematische plotselinge neutraliseren niet eens nodig.)

Kortom: een lastig begrip zo'n virtueel foton. Het zal er - vrees ik - wel op uit draaien dat we een (al dan niet virtueel) foton als de hypothetische verbinding tussen waarneembare gebeurtenissen moeten opvatten. Dus eigenlijk als een handige rekentruc.

[Bart]

Virtuele fotonen bestaan niet (ze zijn immers virtueel) en er kan dus ook niets mee gebeuren.

Zie o.a. hier voor een mooie uitleg over virtuele fotonen: http://sciencetalk.nl/forum/index.php?showtopic=59299

[Schwartz]

De vraagstelling past niet in het multiversum..

Alleen het multiversum is een zelfstandig systeem.

Twee deeltjes ,in dat versum, van elkaar hebben een samenhang in hun systemen.

Dat betekent dat er geen losse eindjes zijn die uit het systeem springen en doelloos in de verte gaan reizen.

[kotje]

Bart schreef:

Virtuele fotonen bestaan niet (ze zijn immers virtueel) en er kan dus ook niets mee gebeuren.

Virtuele fotonen bestaan wel (ze hebben een werking) maar ze kunnen alleen niet worden waargenomen.

[Rudeoffline]

Virtuele fotonen bestaan niet (ze zijn immers virtueel) en er kan dus ook niets mee gebeuren.

Dat lijkt me nogal kort door de bocht. Ik denk dat het juist een ontologisch vraagstuk is waar veel verdeeldheid over is.

Ik zal es even over deze vraag nadenken, maar het is misschien goed te beseffen dat je niet echt kunt spreken over "een virtueel deeltje bevindt zich in punt X" oid.

[Rudeoffline]

Dus eigenlijk als een handige rekentruc.

Ja, ik denk dat veel fysici zo tegen virtuele deeltjes aankijken. Quantumveldentheorie is perturbatief, en in die expansie komen "interne deeltjes" (dat wil zeggen: ze zijn niet gedefinieerd in je begin- of eindtoestand van je verstrooiïng) die niet aan de gebruikelijke energierelaties voldoen.

Een ander soort deeltje wat in eenzelfde categorie valt zijn zogenaamde "ghosts" die bijvoorbeeld voorkomen in het BRST-formalisme; deeltjes die je statistiek niet gehoorzamen, maar die je introduceert om vrijheidsgraden te annihileren. Je legt zo dus constraints op door deeltjes te introduceren.

-edit: deze pagina van ik geloof John Baez is misschien nuttig:

http://www.math.ucr.edu/home/baez/physics/..._particles.html

[Bartjes]

Ja, ik denk dat veel fysici zo tegen virtuele deeltjes aankijken. Quantumveldentheorie is perturbatief, en in die expansie komen "interne deeltjes" (dat wil zeggen: ze zijn niet gedefinieerd in je begin- of eindtoestand van je verstrooiïng) die niet aan de gebruikelijke energierelaties voldoen.

In een ander topic zijn we tot de (waarschijnlijke) conclusie gekomen dat een geladen deeltje in het ene referentiestelsel kan worden waargenomen te stralen, en in het andere kan worden waargenomen niet te stralen:

http://sciencetalk.nl/forum/index.php?showtopic=115150

Hieruit volgt - volgens mij - al dat fotonen (dus niet alleen virtuele fotonen) minder werkelijkheidsgehalte toekomt dan bijvoorbeeld elektronen (die voor zover ik weet in principe vanuit ieder referentiestelsel kunnen worden waargenomen).

[eendavid]

In een ander topic zijn we tot de (waarschijnlijke) conclusie gekomen dat een geladen deeltje in het ene referentiestelsel kan worden waargenomen te stralen, en in het andere kan worden waargenomen niet te stralen:

http://sciencetalk.nl/forum/index.php?showtopic=115150

Hieruit volgt - volgens mij - al dat fotonen (dus niet alleen virtuele fotonen) minder werkelijkheidsgehalte toekomt dan bijvoorbeeld elektronen (die voor zover ik weet in principe vanuit ieder referentiestelsel kunnen worden waargenomen).

Het fysisch gehalte van fotonen volgt onmiddellijk uit het foto-elektrisch effect. De topic waarnaar je verwijst leer enkel dat overgang naar een niet-inertiaalstelsel ervoor zorgt dat de standaard-wetten een aanpassing vergen (de metriek treedt er immers in op). Dit geldt zowel voor fotonen als elektronen. De conclusie die je trekt over het niet stralen in een ander stelsel is geen conclusie die ik zou onderschrijven (en dat is ook geen conclusie die getrokken mag worden uit de uitspraken van Dieter). Als je kijkt naar de afleiding van de Larmor formule zie je onmiddellijk dat ook versnelde waarnemers uitgestraalde energie waarnemen. Wat wel duidelijk is, is dat ExB waarnemerafhankelijk is, maar dat was verwacht.

Kortom: fotonen worden gewoon waargenomen, op je netvlies, in een fototoestel, overal waar elektromagnetische velden worden geregistreerd. De energie die deze fotonen bevatten is waarnemerafhankelijk, maar elke waarnemer is het erover eens dat er een (gekwantiseerde) elektromagnetische golf bestaat. Een foton heeft eenzelfde werkelijkheidsgehalte als een elektron. Sterker nog, de interpretatie van een foton en een elektron is precies dezelfde: het zijn gekwantiseerde pakketjes van golven.

On topic: fotonen moeten gehecht worden aan straling, niet aan het (Coulomb-) achtergrond veld (zie hier, p. 5 en 6, voor een verduidelijking van dat punt). Een virtueel foton reist van een lading naar een lading. Er bestaat niet zoiets als een virtueel foton dat start bij een lading en 'plotseling geen lading vindt om bij te eindigen'.

[Bartjes]

@ eendavid Het was oorspronkelijk ook mijn idee dat fotonen niet kunnen verdwijnen door vanuit een ander (eventueel niet-inertiaal) referentiestelsel te kijken. Op basis van de discussie in het andere topic heb ik deze mening bijgesteld, maar kennelijk in de verkeerde richting?

[eendavid]

Die vraag moet eigenlijk op kwantummechanische wijze worden beantwoord, omdat het begrip foton kwantummechanisch is. Ik denk dat paragraaf II.a en 11.c van deze review duidelijkheid kan brengen in hoe de definitie van 'een foton' afhankelijk is van het stelsel waarin iets als deeltje wordt gedefinieerd. Maar dat heeft te maken met het stelsel-afhankelijk zijn van de definitie (dit ontstaat doordat de voor de hand liggende complete basis voor de oplossingen van een partiële differentiaalvergelijking waarnemer-afhankelijk is). Dit is precies hetzelfde bij elektronen.

Ik denk dat, in de interpretatie die jij aan de vraag geeft, het antwoord is: 'er is weinig werkelijkheidsgehalte aan deeltjes in het algemeen', vanwege het Unrüh effect (zie google).

[Bartjes]

Die vraag moet eigenlijk op kwantummechanische wijze worden beantwoord, omdat het begrip foton kwantummechanisch is. Ik denk dat paragraaf II.a en 11.c van deze review duidelijkheid kan brengen in hoe de definitie van 'een foton' afhankelijk is van het stelsel waarin iets als deeltje wordt gedefinieerd. Maar dat heeft te maken met het stelsel-afhankelijk zijn van de definitie (dit ontstaat doordat de voor de hand liggende complete basis voor de oplossingen van een partiële differentiaalvergelijking waarnemer-afhankelijk is). Dit is precies hetzelfde bij elektronen.

Ik denk dat, in de interpretatie die jij aan de vraag geeft, het antwoord is: 'er is weinig werkelijkheidsgehalte aan deeltjes in het algemeen', vanwege het Unrüh effect (zie google).

Allemachtig :eusa_whistle: , dat is voor gewone stervelingen veel te hoog gegrepen!

Voor het doorgronden van veel wetenschappelijke en filosofische zaken is de dagelijkse omgangstaal volstrekt ongeschikt. Dat blijkt mij steeds weer als ik dingen die ik nog wel begrijp, aan leken probeer uit te leggen. Maar in dit geval ben ik de leek. ](*,) En of ik ooit de tijd zal vinden mij het benodigde begrippenkader eigen te maken? Voorlopig zal ik de verdere discussie over dit vraagstuk daarom aan de deskundigen over laten.

[eendavid]

Aj neen, het was zeker niet mijn bedoeling mensen af te schrikken. Het antwoord op je vraag is: ja, in specifieke gevallen kan het zijn dat een waarnemer straling ziet, en dat een waarnemer die versnelt ten opzichte van deze waarnemer geen straling ziet. Immers, wanneer een (versnellende) waarnemer Unrüh straling ziet, zal een niet-versnellende waarnemer deze niet zien. Dit zal echter niet altijd lukken. Bovendien heeft dit niets te maken met het 'werkelijkheidsgehalte' van de fotonen, hetzelfde geldt bijvoorbeeld voor een Klein-Gordon veld.

Maar de discussie in de andere topic bevond zich op een klassiek niveau. Daar was de vraag hoe een waarnemer die mee-versnelt met het elektron kan begrijpen dat energie weggaat: het elektron staat stil. Het antwoord was: Maxwell's wetten zien er in zijn stelsel anders uit, waardoor een stilstaand deeltje in zijn stelsel kan stralen.

[The Black Mathematician]

Valt deze vraag niet gewoon klassiek te beantwoorden? In de klassieke elektrostatica wordt de potentiaal in het punt

\(r\)

gegeven door

\(V®=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int\frac{\rho(r')}{|r-r'|}d^3r'\)

waar

\(\rho\)

de ladingsdichtheid is. Als we nu uitgaan van een dynamische bron, in plaats van een statische bron, dus de lading kan veranderen in de tijd, dan vinden we dat

\(V(r,t)=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\int\frac{\rho(r',t_r)}{|r-r'|}d^3r'\)

waar

\(t_r=t-\frac{|r-r'|}{c}\)

.

We zien dus dat de potentiaal op het tijdstip

\(t\)

afhangt van de ladingsdichtheid op een eerder tijdstip, namelijk op het tijdstip

\(t_r\)

.

In het klassieke geval zien we dus dat als de de deeltjes neutraal maakt op een bepaald tijdstip, het nog even duurt voordat de kracht tussen beide deeltjes is uitgeschakeld. De deeltjes ontvangen de informatie dat het andere deeltje neutraal is geworden met de snelheid van het licht.

Ik gok dat het in quantumelectrodynamica waarbij we dus met virtuele fotonen te maken hebben, we hetzelfde zien. Ik denk dus (en ik moet erbij zeggen, ik heb geen berekeningen gedaan) dat de virtuele fotonen die al uitgezonden zijn door de deeltjes voordat de lading neutraal werd, gewoon hun werk blijven doen, want als ze niets zouden doen vanaf het moment dat de deeltjes neutraal geladen zijn, betekent dat dat er instantaan geen kracht meer is tussen de deeltjes wat in strijd lijkt te zijn met de speciale relativiteitstheorie.

[eendavid]

Merk op dat een virtueel foton slechts kan eindigen bij een lading. Dus wat je bedoelt met 'gewoon hun werk doen' is niet zonder meer duidelijk.

edit: De reële fotonen, die zullen inderdaad gewoon hun werk doen. Dat is wat je ook ziet in het klassieke plaatje dat je schetst.