Haunted by the Spectre of Virtual Particles: A Philosophical Reconsideration

Abstract

A virtual particle is an elementary particle in a quantum field theory that serves to symbolise the interaction of its counterparts, the so called real particles. In the last 20 years, philosophers of physics have put forth several arguments for and against an interpretation of virtual particles as being like ordinary objects in space and time. In this article, I will attempt to systematise the major arguments and argue that no pro-argument is ultimately satisfactory, and that only one contra-argument—that of superposition—is sufficient to deny the realistic interpretation of virtual particles. The secondary aim of this paper is to argue that even the philosophical considerations of virtual particles overestimate their role in that these entities are merely pictorial descriptions of a mathematical approximation method. This description, while helpful, is not necessary to understand particle interactions. In the end, quantum field theory is not the place to explain what actually happens in the very centre of an individual particle interaction.

Zusammenfassung

Unter virtuellen Teilchen versteht man Elementarteilchen einer Quantenfeldtheorie, die die Wechselwirkung ihrer Gegenstücke – den sogenannten reellen Teilchen – symbolisieren sollen. Wissenschaftstheoretiker haben in den vergangenen zwanzig Jahren viele Argumente für und gegen eine realistische Interpretation von virtuellen Teilchen zusammengetragen. Realistische Interpretation meint dabei, daß virtuelle Teilchen so existieren wie gewöhnliche Gegenstände in Raum und Zeit. Mein Anliegen in diesem Aufsatz ist es, die Hauptargumente dieser Debatte zu systematisieren und zu zeigen, daß keines der Argumente für die Existenz virtueller Teilchen überzeugt, und daß nur eines der Gegenargumente – das Superpositionsargument – ausreicht, um die die realistische Interpretation virtueller Teilchen zu widerlegen. Ein zweites Ziel dieses Aufsatzes ist es zu zeigen, daß die philosophischen Erwägungen die Rolle dieser Entitäten überschätzen, da sie eher einer bildhafte Beschreibungen einer mathematischen Näherungsmethode entnommen sind. Diese Beschreibung ist bei aller Anschaulichkeit nicht notwendig, um Teilchenwechselwirkungen zu berechnen und physikalisch zu verstehen. Am Ende sind Quantenfeldtheorien nicht der Ort, an dem aufgeklärt wird und werden kann, was tatsächlich bei einer einzelnen Teilchenwechselwirkung geschieht.