Una curiosidad sobre la velocidad de la luz y el vacío cuántico

Dibujo20130326 photon - pair fermion-antifermion - vacuum polarization

La teoría de la relatividad especial introduce una velocidad límite constante cuyo valor no depende del observador. Una partícula de masa nula, como el fotón, la partícula asociada al campo electromagnético, se mueve a dicha velocidad. Dos nuevos artículos aparecidos en el European Journal of Physics consideran la posibilidad de que la velocidad límite de la relatividad (crel) no coincida con la velocidad de los fotones (cluz<crel). Obviamante, en dicho caso el fotón tendría masa (muy pequeña, pero no nula). Para evitar esta conclusión, los autores asumen que actúa un mecanismo similar al mecanismo de Higgs, pero con pares virtuales fermión-antifermión; los fotones sin masa interaccionan con pares virtuales en lugar de con bosones de Higgs virtuales. En opinión de los autores, este mecanismo explicaría por qué los fotones se mueven a la velocidad a la que se mueven. Siendo el origen de la velocidad de la luz una interacción cuántica, su valor debería fluctuar. Según los autores de estos trabajos futuros experimentos podrían medir estas fluctuaciones confirmando (o refutando) sus ideas. Me he enterado gracias al meneo de la noticia “Ephemeral vacuum particles induce speed-of-light fluctuations,” Springer News, 25 March 2013 [traducción al español en Axxón]. Los artículos técnicos son Gerd Leuchs, Luis L. Sanchez-Soto, “A sum rule for charged elementary particles,” The European Physical Journal D 67: 57, 21 March 2013 [arXiv:1301.3923] (Luis es miembro del Departamento de Óptica de la Universidad Complutense de Madrid), y Marcel Urban, Francois Couchot, Xavier Sarazin, Arache Djannati-Atai, “The quantum vacuum as the origin of the speed of light,” The European Physical Journal D 67: 58, 21 March 2013 [arXiv:1302.6165].

Como he comentado en Menéame, “el artículo técnico de Urban et al. es pura numerología. No se pueden usar unas leyes físicas para explicar dichas leyes físicas; este tipo de argumentos cíclicos se caen por su propio peso. Usar la relatividad especial (con una velocidad  crel distinta de la velocidad de la luz en el vacío cluz), como por ejemplo la famosa fórmula de Einstein para la equivalencia entre masa y energía, para deducir uno de los postulados de la relatividad especial (relativo a la velocidad de las partículas sin masa) no tiene ningún sentido. Aún así, el artículo puede ser interesante para discutir en un primer curso de relatividad especial y/o electrodinámica cuántica. Como mera curiosidad, eso sí.”

Algo parecido ocurre con “el otro artículo técnico, de Luechs y Sanchez-Soto, que presenta ideas similares. Su cálculo del número de pares virtuales partícula-antipartícula, obviamente, contradice la electrodinámica cuántica (p.ej. el cálculo del corrimiento de Lamb requiere considerar un número infinito de pares virtuales, si se introduce un corte (número finito de pares) se obtiene un valor que difiere del experimento). Como en el anterior artículo, se trata de una mera curiosidad.”

PS: Como bien nos indica Mario Herrero (@Fooly_Cooly), la invarianza gauge de la electrodinámica cuántica implica que la contribución de los diagramas con loops de fermiones es nula (identidad de Ward).

PS: Por cierto, mi crítica es “muy blanda” comparada con la de Lubos Motl, “Speed of light is variable: only in junk media,” TRF, March 25, 2013, pero confieso que (sin que sirva de precedente) comparto la opinión de Lubos.

8 pensamientos en “Una curiosidad sobre la velocidad de la luz y el vacío cuántico

  1. Francis: quiero presentar un argumento, que puede tildarse de “argumento de tipo dimensional”, pidiendo tu opinión. La entropía S es energía dividido por temperatura: S del orden de (Mc^2)/T . La entropia, como propiedad extensiva, es proporcional a la masa M del sistema. Entonces debería de ser S/M = constante. Luego c^2 debería de ser proporcional a la temperatura T. Si fuera así, como T tiene que ver (como variable termidinámica) con una propiedad “estadística”, es posible pensar en fluctuaciones de la velocidad de la luz. Te agradeceré tus comentarios.

    • Antonio, no entiendo por qué dices que S/M debería ser constante. Por otro lado, a la hora de inferir propiedades sobre la velocidad de la luz, la relación de la entropía con el volumen (o masa) no me parece la más apropiada, pues en relatividad (general) es más natural su relación con el área (los agujeros negros son espaciotiempo curvado, luego la entropía del espaciotiempo parece estar en el área y no en el volumen). Además, la velocidad de la luz, entendida como límite superior a la velocidad de las partículas sin masa, está relacionada de forma íntima con el espaciotiempo.

      Por otro lado, las fluctuaciones estadísticas de la velocidad de la luz (c) están fuertemente limitadas por los experimentos. Todo se ajusta para c constante (recuerda que las unidades de longitud y tiempo están definidas bajo dicha hipótesis). Más aún, cuando se han buscado variaciones de la velocidad de la luz (con la energía o el momento) se han obtenido límites muy estrictos (equivalen a una masa para el fotón y sabemos con seguridad que es menor de 1 x 10-18 eV y hay límites cosmológicos más estrictos de hasta 3 x 10-27 eV).

      Si la velocidad de la luz no es constante y fluctúa de forma estocástica, todo en el universo está ajustado para que dichas fluctuaciones no sean observables (o habrían sido observadas ya).

  2. ….”no entiendo por qué dices que S/M debería ser constante….” Francis, la entropia es, en cierto modo cantidad de información o número de bits contenidos en una masa encerrada dentro de un volumen que está limitado por una superficie R^2. El principio holográfico nos dice que la información contenida en ese sitema, con esa masa, es la misma que la que tiene la superficie que lo limita. La cantidad de información es proporcional a la masa y, por el principio holográfico, proporcional al área de la superficie que la encierra. Conclusión : Entropía/ Masa = constante, y también masa M proprcional a R^2, la superficie que la encierra.

  3. Hombre en principio la invariancia gauge de la teoria prohibe, por identidades de Ward, correcciones a la masa del foton, pero en si los diagramas no son nulos, la self-energy del foton(o vacuum polarization) no es nula com ya sabes.

  4. Lubos Motl hablaba de ese artículo en su blog (creo que era ayer) y tampoco lo dejaba muy bien. Cuando lo leí también me dio la impresión de ser circular.

    • David, al final de mi entrada ya está incluido un enlace a la entrada de Lubos.

      • Lo siento, no lo había visto! Sí, Lubos a veces es demasiado agresivo y a veces directamente no tiene razón, pero esta vez no había por dónde pillar el artículo, francamente.

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