¿Qué es la mecánica cuántica?

Se han escrito muchos libros sobre el tema de la física cuántica, por lo que es realmente un tema enorme que no encajará muy bien en una sola respuesta de Quora.

Comenzaré con lo que dice Wikipedia en su primer párrafo sobre mecánica cuántica:

La mecánica cuántica (QM, también conocida como física cuántica o teoría cuántica ) es una rama de la física que se ocupa de los fenómenos físicos a escalas microscópicas, donde la acción es del orden de la constante de Planck. La mecánica cuántica se aparta de la mecánica clásica principalmente en el ámbito cuántico de las escalas de longitud atómica y subatómica. La mecánica cuántica proporciona una descripción matemática de gran parte del comportamiento y las interacciones de energía y materia de las partículas y ondas .

La mecánica cuántica se desarrolló en las décadas de 1920 y 1930 porque la física clásica no podía explicar la estabilidad de los átomos. En particular, la teoría electromagnética clásica predijo que si los electrones cargados negativamente orbitaran un núcleo cargado positivamente, los electrones emitirían continuamente radiación electromagnética (luz) y caerían rápidamente en el núcleo. Tampoco hubo explicación sobre por qué los átomos emiten luz a frecuencias discretas. La teoría cuántica podría explicar la estabilidad de los átomos y podría explicar muchos otros hechos que la física clásica no podría explicar, como el espectro del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico.

La mecánica cuántica no encaja muy bien con nuestras intuiciones sobre el mundo. Por ejemplo, experimentamos cosas como ondas (sonidos y ondas de agua) y como partículas (por ejemplo, bolas de billar), pero la mecánica cuántica nos enseña que todo es simultáneamente una onda y una partícula. Esto simplemente no tiene sentido para nuestra intuición clásica sobre el mundo, pero ahí está, un hecho que es cierto en la mecánica cuántica.

Como dije, se podrían escribir volúmenes sobre este tema, pero creo que me detendré allí …

Al igual que la teoría, la mecánica cuántica tiene algunos postulados, reglas o axiomas a partir de los cuales construimos.

• ¿Cuáles son los postulados de la mecánica cuántica?
• ¿Cuáles son las reglas de la mecánica cuántica?

Fuera de eso, supongo que estás preguntando acerca de la mecánica cuántica no relativista, que es un poco más fácil de describir. El objetivo principal es describir el mundo físico, por dinámico o fluctuante que parezca. Nuestras observaciones y mediciones se compilan y fusionan en un conjunto de leyes. Estas leyes están destinadas a describir lo que hemos experimentado hasta ahora. En cierto modo, la teoría predice el futuro, la ley solidifica el pasado. Ahora, a medida que comenzamos a progresar y hacer mejoras en la ciencia, ampliamos nuestro conocimiento y las leyes continúan siendo probadas y refinadas. A veces las leyes ya no son válidas (por ejemplo, las Leyes de Newton), esto sucede. A medida que cambiamos las leyes, debemos asegurarnos de que somos compatibles con versiones anteriores, es decir, cuando se presenta una nueva ley, no espera resultados diferentes a los que hemos visto en el pasado, pero ayuda a conciliar el presente con el pasado.

¿Cuál era el punto de todo eso? Bueno, el primer punto es este: durante mucho tiempo, la mecánica clásica funcionó. Galileo, Brahe, Euler, Lagrange, Hamilton, Newton, etc., presentaron ideas que funcionaron. Ampliamos nuestro conocimiento, probamos estas ideas, seguían siendo válidas. Pasaron siglos hasta que pudimos alcanzar altas velocidades y altas energías (por ejemplo: escalas de pequeña distancia, de tamaño atómico y otras cosas). Las partículas relativistas terminaron siendo resueltas en gran parte por Einstein en Teorías de la relatividad (todavía hay acertijos, ¡pero no tantos!) Por otro lado, pequeñas escalas de distancia se estaban trabajando en una teoría de la Mecánica Cuántica. Personas como Born, Dirac, Schrodinger, Bohr, Heisenberg, etc., trabajaron en esta teoría.

¿Recuerdas lo que dije antes sobre ser “compatible con versiones anteriores”? Esto se aplica a Quantum. Hace mucho tiempo, una teoría que comenzó con:

[matemáticas] f (d) \ sim 1 + \ frac {a} {d} + \ frac {b} {d ^ 2} [/ matemáticas]

pero resulta que hubo correcciones de orden pequeño a la distancia que descubrimos algún tiempo después

[matemáticas] f (d) \ sim 1 + \ frac {a} {d} + \ frac {b} {d ^ 2} + cd + ed ^ 2 [/ matemáticas]

y como puede ver, las correcciones fueron tan pequeñas que no pudimos medir con esa precisión en ese momento, pero aún así describe adecuadamente nuestra teoría más antigua en el límite de pequeñas [matemáticas] d [/ matemáticas], [matemáticas] d \ ll 1 [/ matemáticas]. Otra forma de decirlo: nuestra teoría anterior es confiable con una precisión dada.

Debido a que hemos presentado una nueva teoría, podemos usar nuestra teoría anterior para hacer predicciones cuantitativas, así como predicciones cualitativas … pero también podemos usar nuestra teoría más nueva. Esto expande nuestro conocimiento y nuestra forma de pensar que podría terminar generando una revolución científica. Para Einstein: cambiar la geometría de nuestro mundo hizo esto. Para Heisenberg, etc., tenemos muchas imágenes e interpretaciones, cada una de las cuales es bastante válida.

Entonces, ¿qué estaba mal con la mecánica clásica? Esto se puede resumir en la siguiente falla: las partículas y las ondas eran fundamentalmente diferentes según la mecánica clásica, pero el experimento de la doble rendija refutó esto. En otras palabras, ¿qué es la luz?

En este punto, los postulados entran en discusión y comenzamos a construir Mecánica Cuántica desde cero. Luego viene el siguiente problema: ¿cómo lo probamos? Esto es probablemente un poco filosófico, pero el procedimiento general es

1. crear partículas en un estado bien definido
2. mídalo en cualquier momento y verifique que coincida con las predicciones probabilísticas

Es más fácil decirlo que hacerlo, en la mayoría de los casos. Aquí, confiamos en el colapso de un vector de estado para decirnos qué está haciendo el sistema justo después de que se realizó la medición. Esto no nos dice nada sobre lo que sucedió antes de la medición. Haga esto bien porque todos lo arruinan y piensan que son un genio y entendieron el experimento del gato de Schrodinger, cuando no lo han hecho. Pero necesitamos hacer esta medición para una gran cantidad [matemática] N [/ matemática] de partículas, también conocida como conjunto. Quantum Many Body Systems es una teoría que se ramifica para resolver este problema, la mecánica cuántica rara vez habla de conjuntos.

En este punto, el resto es simplemente matemáticas y más estudios.

Trataré de explicar con un ejemplo:

Toma un dado.
Tira los dados una vez. ¿Cuál será el valor? Bueno, puede ser 1, 2, 3, 4, 5 o 6 con una probabilidad de 1/6 para cada uno.
Ahora tira los dados mil millones de veces. ¿Cuál será el valor esperado? ¡Será 3.5, por SEGURO!
Esto es bastante simple de entender, ¿no?

Ahora puede considerar la física clásica (leyes de Newton, leyes de Maxwell) como el segundo ejemplo de dados, donde tiene miles y miles de millones de partículas. La mecánica cuántica está más relacionada con el primer ejemplo de dados, donde tienes pocas partículas y el resultado es incierto, conoces las posibilidades y probabilidades, pero no sabes cuál será.
En la mecánica clásica calculamos valores exactos para las cosas (aceleración, corriente eléctrica, temperatura, etc.) pero en realidad es un valor medio / expectativa para un proceso que involucra una gran cantidad de partículas. Como la cantidad es tan grande, el valor esperado puede considerarse “seguro”. Solo estadísticas.
Pero si profundiza y analiza las partículas aisladas, verá que su comportamiento no es tan seguro, no puede predecirlo. Al igual que un dado, no puede predecir el resultado de un lanzamiento, pero puede predecir el resultado medio para un gran número de lanzamientos.

Por cierto, el nombre “cuántico” está relacionado con el hecho de que los sistemas tienen estados bien definidos, y no pueden estar entre ellos, o está en un estado, o en otro, está cuantificado. Como un dado, puede resultar en 1, 2, .. 6, pero nunca en 2.3 por ejemplo. En grandes cantidades (física clásica) este comportamiento cuantificado parece desaparecer (el valor esperado para los dados es 3.5 con muchos lanzamientos) …

Por lo tanto, no podemos decir que un electrón vaya de un lugar a otro simplemente calculando su desplazamiento en función de su aceleración, velocidad, masa y carga. Solo sabemos dónde están los lugares a los que puede ir y las probabilidades para cada lugar (algunos tienen más probabilidades de ser elegidos). Pero para una gran cantidad de electrones podemos calcular un valor medio con una muy buena precisión, tan preciso que lo consideramos seguro.

La mecánica cuántica, en esencia, es simplemente el reconocimiento de que no hay partículas ni ondas, solo algo que tiene propiedades de ambos. A veces esto se llama función de onda, pero ese término generalmente se aplica a los aspectos de onda, no a los de partículas. Para esta publicación, permítanme referirme a ellos como wavicles (combinación de onda y partícula).

Cuando vemos una onda clásica, lo que estamos viendo es una gran cantidad de ondas que actúan juntas, de tal manera que el aspecto de “onda” de las ondas domina nuestras mediciones. Cuando detectamos un wavicle con un detector de posición, la energía se absorbe abruptamente, el wavicle podría incluso desaparecer; entonces tenemos la impresión de que estamos observando la naturaleza de la “partícula”. Un gran grupo de wavicles, todos unidos por su atracción mutua, puede estar totalmente dominado por su aspecto de partículas; eso es, por ejemplo, lo que es una pelota de béisbol.

No hay paradoja, a menos que pienses de alguna manera que las partículas y las ondas realmente existen por separado. Entonces te preguntas sobre esta “dualidad”: ¿es realmente una partícula o una onda?

Pero en realidad no lo es.

Una vez que tenga este concepto (y fue creado por Einstein y deBroglie), puede hacer la pregunta: ¿cómo se mueve este vehículo? ¿Cómo se ve afectado por las fuerzas? Esas fueron las preguntas respondidas por Schrodinger, Heisenberg, Dirac y otros, con sus ecuaciones de mecánica cuántica. “¿Qué pasa con los campos, como los campos de fuerza eléctrica, magnética y fuerte?”, Preguntarías. Esos también fueron reconocidos como (lo que yo, por falta de un mejor término en esta respuesta) llamo wavicles. Yukawa explicó la fuerza nuclear como el intercambio de un mesón pi virtual. Schwinger y Feynman explicaron la fuerza electromagnética como el intercambio de un fotón virtual.

Una vez que haya aceptado que las únicas cosas que realmente existen son wavicles, y que cambian abruptamente cuando se miden, una vez que acepta que el impulso es dado por la longitud de onda y la energía por la frecuencia, entonces el principio de incertidumbre de Heisenberg es una consecuencia matemática.

La mecánica cuántica es una rama de la física. Describe la interacción de los objetos a nivel subatómico, por ejemplo, las propiedades de las partículas y su interacción entre ellas. La mecánica cuántica se introdujo porque posee escalas de tamaño muy pequeño, las leyes clásicas de Newton ya no son válidas. Puede describir la mecánica cuántica aún más acertadamente como una generalización de la mecánica clásica (ignorando la teoría de la relatividad). El alcance de la mecánica cuántica es mayor que el alcance de la mecánica clásica, incluye procesos subatómicos. El umbral de cuándo a la mecánica clásica, la mecánica cuántica y cuando se usa variará con la tarea. Generalizando aún más la mecánica cuántica, donde desea describir sistemas físicos que pueden ser comparables al movimiento de la luz a velocidades entre sí, uno necesita teorías de campo cuántico. En principio, la mayoría de las teorías que tienen en cuenta el principio de incertidumbre, cuentan para la física cuántica.

Además de la luz se compone de fotones! ¡Entonces partículas y nada más! El término “dualismo” es, en el mejor de los casos, el producto del desarrollo histórico, que se termina básicamente desde la descripción de Einstein del efecto fotoeléctrico en 1905 (!), Pero desde entonces se ha utilizado repetidamente de manera errónea y desafortunadamente la mayoría de las partes también todavía están en la escuela y en los libros de texto. ¡para ser encontrado! Debe recordarse a Richard Feynman que comentó sobre este debate de la siguiente manera en 1985:

“Insisto nuevamente en que la luz en esta forma, a medida que se producen partículas, se comporta exactamente como las partículas de comportamiento. Eso debe primordialmente a aquellos que memorizan de ustedes a quienes probablemente les dijeron algo sobre la naturaleza ondulatoria de la luz en la escuela en … Sin embargo, la realidad es la realidad. comportamiento de la luz de las partículas “.

– Richard P. Feynman, “QED: La extraña teoría de la luz y la materia”.

Además, todas las leyes de la mecánica cuántica se aplican a los objetos macroscópicos, pero los efectos son muy pequeños. Es exactamente como en termodinámica. Se pueden derivar las leyes de la termodinámica a partir de la mecánica estadística. La mecánica estadística describe un gas (clásico) como un sistema con una gran cantidad de partículas. En el límite de infinitas partículas se obtienen bajo el supuesto de una interacción ideal de libertad de gas entre las partículas, la expansión infinita del gas y las ecuaciones de estado de la termodinámica. La suposición de infinitas partículas es posible porque en 1 mol de un gas ideal para más de 10 ^ 23 partículas se incluyen este número en el concepto de la mecánica clásica ya inimaginablemente grande. Para que la termodinámica sea un caso especial de la mecánica clásica. El análogo del cruce de fronteras con infinitas partículas en la mecánica clásica es el descuido de la constante de Planck en la mecánica cuántica.

Una declaración sobre si y cuál de los dos conceptos en la naturaleza “ocurre”, es decir, la cuestión de qué objetos de la teoría tienen una “realidad” es estrictamente una cuestión de filosofía de la física, la “ontología de las teorías de campo cuántico”. Sin embargo, me gustaría expresar mi falta de experiencia, pero no solo indicar el aspecto teórico. El siguiente párrafo es algo conceptual, pero también trato de que los otros físicos en el Quora expliquen mi punto de vista, ya que el punto planteado es en realidad un poco complicado.

Y la cuestión de si las interacciones no se consideran partículas o si se puede comparar la mecánica clásica con la mecánica cuántica y su generalización, se iluminan las teorías del campo cuántico. Partículas en puntos de masa de mecánica clásica cuya dinámica se describirá. Un sistema físico se describe clásicamente por un punto de su espacio de fase – su “estado” – su dinámica se describe por las ecuaciones hamiltonianas. La propiedad de la partícula proviene de ella para determinar el espacio de fase para la aplicación, por ejemplo, para localizar un término potencial o al escribir la energía cinética. En la mecánica cuántica, la dinámica de los estados del sistema, se determinan más estados propios de un operador hermitiano. La partícula también es necesaria para la configuración del hamiltoniano (o antes de la cuantización para determinar el hamiltoniano), ya que el proyecto de ley es solo el nivel de significación esperado. El valor esperado es consistente con nuestras mediciones de observación. En la teoría cuántica de campos, la dinámica de un sistema físico está determinada por operadores de campo, las imágenes de un espacio-tiempo apuntan a un operador. Los operadores de este campo combinan las propiedades continuas del espacio-tiempo con las propiedades discretas de las partículas. Sin embargo, son campos. Debe definir los campos de propiedad exclusivamente a la causalidad en el sentido de la teoría especial de la relatividad, la discreta (partícula). Para describir su dinámica y calcular el pulso observalen suficiente cuenta de la teoría. No hay ninguna razón por la cual esto realmente debería ser objeto de partículas. Los únicos objetos que tienen una contraparte en la “realidad” en lo macroscópico, son los valores de expectativa en la teoría cuántica de campos, hay, por ejemplo, probabilidades de transición.

En los experimentos que confirman la naturaleza de las partículas de la luz, se debe decir lo siguiente: solo investigan la interacción electromagnética. Las interacciones débiles y fuertes se describen por el formalismo de los operadores de campo, sin embargo, no existe un ejemplo ilustrativo simple de la naturaleza de las partículas de los bosones W y Z asociados. El fotón es solo un caso especial muy simple de una interacción muy simple con un largo alcance. El hecho de que el campo de Higgs no puede ilustrar una partícula: tiene un valor de expectativa de vacío del total contrario al carácter discreto de las partículas.

Para el pasaje citado en el libro de Walter Greiner “Mecánica cuántica: una introducción”, la mecánica cuántica aún no conoce el acceso a la descripción de la naturaleza solo por principios de simetría. Sin embargo, la inclusión de la relatividad especial es una aproximación a la descripción de la naturaleza de estos principios de simetría, en este caso la simetría de la teoría bajo las transformaciones de Henri Poincaré de los campos que ocurren, con base estrecha. La esencia de la teoría se entiende mucho mejor, incluso si no se aclara por completo. En la formulación algebraica moderna de las teorías cuánticas de campo, incluso el carácter local de los operadores de campo ya no es necesario. No puedo decir mucho, solo conozco las ideas básicas de manera lamentable.

Para la verificación experimental de las teorías de campo cuántico se debe mencionar que sin las teorías de campo cuántico, muchos efectos, como los momentos magnéticos anómalos de los leptones o el desplazamiento de Lamb, así como las observaciones básicas, como la creación de pares o la pérdida de trabajos, no pueden explicarse . Las mediciones de precisión de electroválvulas han confirmado las predicciones del modelo estándar a gran escala.

Si tiene una sólida formación en análisis real y una comprensión de la física clásica, la primera cuantización se resume sucintamente con los siguientes hechos adicionales:

• una onda plana (más precisamente, los vectores propios del Laplaciano, que es [matemática] e ^ {\ pm ik \ cdot x} [/ matemática] en [matemática] \ mathbb {R} ^ 3 [/ matemática]) lleva impulso dado por [math] p = \ hbar k [/ math], donde [math] k [/ math] es el número de onda.

• Se cumple la regla de Born, que le dice cómo interpretar la “función de onda” [matemáticas] \ langle x || \ psi \ rangle [/ matemáticas], donde [matemáticas] | \ psi \ rangle [/ math] es el estado del sistema y [math] | x \ rangle [/ math] es la base propia de ‘posición’ del sistema correspondiente a un estado con una posición definida (en realidad podría ser la base correspondiente a cualquier cantidad medible definida). Específicamente, la magnitud de [matemáticas] | \ psi \ rangle [/ math] proyectado en [math] | x \ rangle [/ math], [math] | \ langle x || \ psi \ rangle | ^ 2 [/ math], da la probabilidad de medir el valor propio [matemática] x [/ matemática] después de aplicar el operador correspondiente al observable, en este caso [matemática] \ hat {X} [/ matemática].
• El estado [matemáticas] | \ psi \ rangle [/ math] obedece la ecuación de movimiento de Schrödinger,
  [matemáticas] i \ hbar \ frac {\ partial \ langle x || \ psi \ rangle} {\ partial t} = \ langle x | \ hat {H} | \ psi \ rangle [/ math]
  para [math] \ hat {H} [/ math] the Hamiltonian, un operador hermitiano de evolución temporal en el espacio de Hilbert atravesado por [math] | x \ rangle [/ math]

Por supuesto, tendrías que ser un tipo particular de genio para sacar toda la mecánica cuántica de eso, pero que yo sepa, está todo ahí.

EDITAR: Incluso podría argumentar que todo se desprende de la primera viñeta. El segundo es, para usar las propias palabras de Born, “La única interpretación posible” de la cantidad [matemática] | \ langle x || \ psi \ rangle | ^ 2 [/ matemática]. Y el tercero raya en tautológico.

La mecánica cuántica ( QM ; también conocida como física cuántica o teoría cuántica ), incluida la teoría cuántica de campos, es una rama de la física que es la teoría fundamental de la naturaleza a escalas pequeñas y niveles de energía de átomos y partículas subatómicas.

La mecánica cuántica surgió gradualmente de la solución de Max Planck en 1900 al problema de la radiación del cuerpo negro (reportado en 1859) y el artículo de Albert Einstein de 1905 que ofrecía una teoría cuántica para explicar el efecto fotoeléctrico (reportado en 1887). La teoría cuántica temprana fue profundamente re-concebida a mediados de la década de 1920. La teoría re-concebida está formulada en varios formalismos matemáticos especialmente desarrollados. En uno de ellos, una función matemática, la función de onda, proporciona información sobre la amplitud de probabilidad de la posición, el momento y otras propiedades físicas de una partícula.

Sinceramente tuyo

Prachurya_official

Es una teoría como la mecánica clásica que describe el comportamiento de las partículas bajo una fuerza. Los supuestos básicos de la mecánica cuántica (QM) son diferentes de los de la mecánica clásica (CM). Pocas conclusiones diferentes importantes de CM y QM son: en QM, no se puede determinar la posición y el momento (masa * velocidad) de una partícula con precisión infinita, en general, la medición de una cantidad puede dar múltiples valores con probabilidad asociada (posibilidad de obtener este resultado ) con cada resultado, en general, cada medición cambia el comportamiento del sistema (estado del sistema), para un movimiento confinado (estado ligado) de una partícula solo se permiten valores discretos particulares de energía, magnitud del momento angular orbital (vector de posición x vector de momento) de una partícula puede tomar solo unos pocos valores discretos, aparte del momento angular orbital, cada partícula procesa un tipo de momento angular interno (intrínseco) llamado ‘spin’ que lleva el momento magnético (una propiedad que tienen los imanes) si la partícula es cargado etc.

La mecánica cuántica (QM) es un conjunto de principios científicos que describen el comportamiento conocido de la energía y la materia que predomina en las escalas atómica y subatómica. El nombre deriva de la observación de que algunas cantidades físicas, como la energía de un electrón unido a un átomo o molécula, solo se pueden cambiar en cantidades discretas o cuantos, en lugar de ser capaces de variar en cualquier cantidad. La dualidad onda-partícula de energía y materia a escala atómica proporciona una visión unificada del comportamiento de partículas como los fotones y los electrones. Los fotones son los cuantos de luz y tienen valores de energía proporcionales a su frecuencia a través de la constante de Planck. Un electrón unido en un orbital atómico tiene valores cuantificados de momento angular y energía. El electrón no unido no exhibe niveles de energía cuantificados, pero está asociado con una longitud de onda mecánica cuántica, al igual que todas las partículas masivas. El significado completo de la constante de Planck se expresa en física a través de la noción matemática abstracta de acción.
La formulación matemática de la mecánica cuántica es abstracta y sus implicaciones son a menudo no intuitivas. La pieza central de este sistema matemático es la función de onda. La función de onda es una función matemática del tiempo y el espacio que puede proporcionar información sobre la posición y el momento de una partícula, pero solo como probabilidades, según lo dictado por las restricciones impuestas por el principio de incertidumbre. Las manipulaciones matemáticas de la función de onda generalmente implican la notación bra-kt, que requiere una comprensión de números complejos y s funcionales lineales. Muchos de los resultados de QM solo pueden expresarse matemáticamente y no tienen modelos que sean tan fáciles de visualizar como los de la mecánica clásica. Por ejemplo, el estado fundamental en el modelo de mecánica cuántica es un estado de energía distinto de cero que es el estado de energía más bajo permitido de un sistema, en lugar de un sistema más tradicional que se considera simplemente estar en reposo con energía cinética cero.

cada cosa en el universo se puede clasificar en dos, según sus estados

estático

dinámica

Sucede incluso a nivel subatómico.

Newton observó esto y trata de enmarcar leyes y ecuaciones matemáticas que establecen la relación entre la causa y el efecto del movimiento. De ahí las famosas leyes del movimiento de Newton. Ahora, si miramos de cerca, Newton no estaba considerando todos los fenómenos o todos los movimientos. Consideró aquellos que se llaman materia o más crudamente, enmarcó sus leyes observando objetos que son perceptibles para los sentidos humanos. Entonces no pudo incluir los efectos relativistas.

Sus leyes explicaron todo con precisión hasta que se descubrió que la luz tenía un comportamiento dual. Finalmente, la dualidad onda-partícula fue propuesta por de-broglie. Las leyes de Newton no pueden explicar cuál tiene doble comportamiento. Después de varios logros, los científicos intentaron nuevamente encontrar leyes que gobernaran para encontrar la posición y la velocidad de las partículas como lo hizo Newton para la materia. Pero sucedió lo siguiente:

Cuando desee encontrar la posición de una partícula, debe usar un detector. El detector en realidad usa otra partícula para colisionar la partícula cuya posición necesitamos encontrar, por lo que después de este proceso se conoce la posición pero la velocidad cambia debido a la colisión. Incluso si conocemos la velocidad de la partícula, no podemos saber exactamente la posición.

Entonces, después del análisis, Heisenberg dijo que hay un cierto grado de precisión por debajo del cual no podemos predecir con precisión tanto la posición como la velocidad de la partícula.

Incluso una bola o planetas en movimiento tienen longitudes de onda asociadas debido a la dualidad onda-partícula. Pero es insignificante de acuerdo con la ecuación de onda de-broglie. Entonces se pueden aplicar las leyes de Newton. Entonces resulta que la Mecánica Clásica es una aproximación de la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica tiene que ver con esta incertidumbre. No podemos encontrar con precisión todos los parámetros. Una partícula parece existir en dos lugares al mismo tiempo. Todavía hay muchos conceptos como

enredo cuántico que es difícil de imaginar. No sé todo sobre mecánica cuántica. Pocas cosas que son interesantes sobre la mecánica cuántica son,

Efectúa condiciones gravitacionales elevadas, que existen en estrellas, agujeros negros.

Todo se expresa en términos de probabilidades, ya que no sabemos exactamente. Incluso la existencia de Higgs-Boson se anunció como la probabilidad de existencia de Higgs-Boson es del 99,99%. Una órbita de un electrón se define como la “ruta donde la probabilidad de encontrar un electrón es mayor”.

Entonces, en términos simples, “La mecánica cuántica aparece cuando tratamos con la dualidad onda-partícula, lo que tiene un efecto considerable en los resultados que pretendemos obtener”.

Es por eso que la tecnología espacial todavía usa las leyes de Newton.

Básicamente, la mecánica cuántica (o teoría cuántica, o QM) es una de las diversas teorías que los físicos usan e investigan para describir nuestro mundo físico, o para predecir cosas útiles para experimentos o propósitos de ingeniería.

Algunas de esas teorías son: mecánica newtoniana, electromagnetismo, óptica, relatividad general, mecánica cuántica, cosmología, química, etc.

Lo que difiere entre cada una de las teorías es su campo de aplicación y el principio subyacente en el que se basan (los principios físicos y el formalismo matemático correspondiente)

Desde este punto de vista, QM es la teoría que se aplica a pequeños sistemas físicos que no son observables a través de nuestros ojos y sentidos humanos . (También sabemos sobre el “efecto cuántico macroscópico”, pero esos son casos particulares de gran interés, pero no relevantes para esa discusión).
Como recordatorio (o para su conocimiento), el límite a través del cual podemos ver gracias a nuestros ojos directamente es de aproximadamente 100 µm, el ancho de un cabello. La célula humana típica es de aproximadamente 10 µm, y los límites fundamentales de los microscopios ópticos son de aproximadamente 100 nm.
Entonces QM comienza a ser útil por debajo de esas escalas, cuando comienzas a lidiar con moléculas (10 nm, microscopía de rayos X), a átomos (0.1 nm), y aún más cuando agregas relatividad al juego (0.000001 nm = 1 fm, núcleo, y 0,0001 fm, partículas elementales)

Debido a que no tenemos forma de “mirar” esos sistemas para ver cómo funcionan y simplemente describirlos, tenemos que confiar en aparatos complejos para extraer información sobre esos sistemas, tratando de darle sentido a esa información.

Por lo tanto, QM plantea el gran desafío de explicar las invisibles gracias recopiladas, que solo pueden discutirse en términos de conceptos de sentido común (porque ese es el límite de nuestra mente)

Ingenuamente, antes de la revolución cuántica, pensamos que podríamos simplemente aplicar nuestras reglas clásicas “macroscópicas” a los sistemas microscópicos. O dicho de otra manera, que el conocimiento de nuestros sentidos comunes de nuestras experiencias cotidianas podría traducirse en experiencias no relacionadas con las nuestras.

Entonces, basado en eso, QM tuvo que inventar un conjunto de principios físicos y reglas matemáticas para explicar esos fenómenos recientemente observados a pequeñas escalas.

Postulado 1 (Estados): este nos dice que todavía se puede describir un sistema (pequeño) físico, pero mediante un objeto matemático que codifica la información ya adquirida sobre él y la incertidumbre que tenemos sobre él. P.ej. Si mi sistema tiene algunas propiedades de rotación que se pueden medir, pero todavía no tengo información al respecto, entonces tengo que codificar en mis estados todas las posibilidades de rotación (girar a la izquierda, girar a la derecha, acelerar las rotaciones, etc.).

Postulado 2 (Observables): para cada medición que puedo realizar para recopilar información sobre mi sistema, siempre puedo definir una herramienta matemática correspondiente que se exprese en términos de “variables de sentido común”. (por ejemplo, para el momento clásico “p”, puedo definir un operador / observable “P” que se expresa como una derivación sobre “x” de mi estado).

Postulado 3 (Mediciones): cuando se realiza una medición en un sistema y se recopila cierta información, se puede suprimir toda la información innecesaria codificada en mi estado, y se reduce a la información recién adquirida.

Además, para todas las incertidumbres en mi sistema antes de la medición, solo puedo predecir las probabilidades de los diversos resultados.

Postulado 4 (Dinámica): cuando no estoy midiendo mis estados (lo que significa que no estoy recopilando información), toda la información que ya tengo en mi sistema todavía puede evolucionar a tiempo debido a las interacciones con el entorno o las interacciones personales. Esta evolución de la información de mi estado se puede calcular gracias a la ecuación de Schrödinger.

También permite predecir la evolución de las diversas probabilidades de resultados de medición en tiempos.

Esto tomaría libros y clases para responder. Para mantenerlo en unos pocos faragramas:

La mecánica cuántica es un marco teórico que rige la palabra microscópica de átomos, electrones, etc. La mecánica de Newton, o la mecánica clásica, puede verse como una aproximación de la mecánica cuántica cuando el tamaño y la masa de las partículas se hacen grandes.

La gente siempre asocia la mecánica cuántica con el “principio de incertidumbre”. En realidad, esa es solo una de las conclusiones fascinantes de la mecánica cuántica. Para entender realmente qué es, tienes que estudiar mucho.

Aunque la mecánica cuántica trata sobre un mundo microscópico que no vemos ni sentimos en la vida cotidiana, tiene un gran impacto en el mundo de hoy. Los semiconductores, que es el componente básico más básico de la electrónica y la computadora, solo se entienden con la mecánica cuántica. El láser, que se utiliza en fibra óptica entre muchas otras aplicaciones, también se basa en la mecánica cuántica.

Un gran, aunque viejo, libro para que ningún físico entienda este concepto es: http://www.amazon.com/The-New-Wo …

La Física Cuántica se ocupa de los fenómenos físicos a escalas nanoscópicas, que es el ámbito de las longitudes atómica y subatómica como los electrones, los fotones. Uno podría preguntarse por qué una rama separada de Física para partículas microscópicas cuando ya obtuvimos Física Clásica.

La razón es simple La física clásica no puede explicar los fenómenos que ocurren en estas escalas. Pero entonces uno podría preguntarse por qué no descartar el modelo clásico y aceptar Quantum para reinos completos, la razón es que la física clásica explica los eventos a escala macroscópica con la máxima precisión y, por lo tanto, se crearon leyes separadas solo para estudiar el comportamiento y la naturaleza de las partículas microscópicas y esa rama se llama Física Cuántica.

Aunque algunas teorías de la física cuántica son alucinantes y desafían la lógica general, sin embargo, se han verificado a través de experimentos innumerables veces en el pasado. Básicamente, en palabras simples, es solo otra rama de la física que se ocupa de eventos microscópicos y partículas.

Después de todo, la ciencia se trata de comprender los eventos de la naturaleza con la razón y la lógica adecuadas.

Bueno, básicamente es física.

La mecánica cuántica es la rama de la física que se ocupa de los objetos súper pequeños. Es bastante popular entre los legos (como yo) porque suena bastante raro. Se basa en estados cuánticos de partículas.

Al igual que la relatividad general se basa en el principio de equivalencia, la mecánica cuántica se basa en el principio de incertidumbre. Establece que una partícula no puede tener un momento y una posición precisos y definidos simultáneamente. Si el impulso se define con precisión, la posición sería incierta.

La mayor parte se basa en la teoría cuántica de campos. Sugiere que todas las partículas son excitaciones de sus respectivos campos. Por ejemplo: el fotón es una excitación del campo electromagnético, el electrón es una excitación del campo de electrones, etc.

Lo que lo hace interesante es que las ecuaciones de la mecánica cuántica solo nos dan las probabilidades de un resultado. Es decir, simplemente no puede predecir con confianza cuál sería el resultado de un experimento. Eso significa que los resultados de los mismos experimentos realizados en las mismas condiciones podrían no ser los mismos. Son fundamentalmente inciertos.

Pero, lo más extraño de la mecánica cuántica son los borradores cuánticos. Estos son experimentos que sugieren claramente que el futuro puede afectar el pasado y el presente. ¡Qué raro es eso!

Saludos 🙂

El estudio de la materia perteneciente a cuerpos macroscópicos, que podemos ver a simple vista, está relacionado con la mecánica clásica. El estudio de la materia perteneciente a cuerpos microscópicos que no podemos observar a simple vista como electrones, protones, etc. está relacionado con la mecánica cuántica.

En la mecánica clásica, tratamos principalmente con partículas, cuya trayectoria se puede definir exactamente, mientras que en la mecánica cuántica, la partícula tiene una naturaleza dual, es decir, onda y partícula en la que la trayectoria no se puede definir exactamente, solo existen resultados probabilísticos.

Ahora surge la pregunta, si la mecánica cuántica se ocupa de todos los problemas de la naturaleza, ¿por qué no podemos comportarnos como una onda?

Y la respuesta radica en el hecho de que también nos comportamos como una onda, pero la longitud de onda asociada con nosotros es tan pequeña que hasta ahora no se ha descubierto ningún instrumento, o se puede decir que nuestros ojos no tienen esa resolución para detectar una longitud de onda tan pequeña. Se puede entender con la hipótesis de briglie,

Lambda = h / Mv

Considere la velocidad como unidad,

Luego, para el cuerpo macroscópico, Lambda = 6.6 * 10 ^ -34 / 10kg (digamos) = 10 ^ -34.

Para cuerpo microscópico,

Lambda = 6.6 * 10 ^ -34 / 1.6 * 10 ^ -19 = 10 ^ -15, del orden de tamaño de un núcleo, que puede detectarse. Entonces la naturaleza ondulatoria en cuerpos microscópicos es prominente.

Cuando lambda tiende a cero, la mecánica cuántica tiende a la mecánica clásica. Esta pregunta no tiene fin para explicar. Espero eso ayude.

Además de señalar lo obvio, es decir, que su pregunta no podría responderse completamente, incluso si decidiera llenar todo el espacio del disco duro en todos los servidores de Quora, aquí está mi débil intento de respuesta. “Mecánica” es la rama de la física que se ocupa de la descripción del movimiento de las partículas. Dependiendo de las suposiciones subyacentes hechas y los fenómenos que uno intenta explicar, podríamos estar tratando con la mecánica clásica (el reino de la física newtoniana), la mecánica relativista (el reino de la física de Einstein) o la mecánica cuántica (el reino de muchos para enumerar aquí). Grandes científicos). Supongo que la mayoría de los lectores de esta respuesta ya saben un poco sobre la mecánica clásica y quizás sobre la mecánica relativista.

Entonces, la verdadera pregunta es cómo la física cuántica (que es básicamente la aplicación de la mecánica cuántica a todo tipo de fenómenos físicos) difiere de la mecánica clásica (o relativista). Podría seguir sobre las funciones de onda, la evolución unitaria, los procesos de reducción, los principios de incertidumbre y lo que tiene, pero la mayoría de eso se puede encontrar en muchos libros, artículos y tutoriales en línea sobre el tema. En cambio, describiré un juego, que la leyenda urbana atribuye a John Archibald Wheeler que ilustra la diferencia fundamental entre la mecánica cuántica y otras.

La versión 1 de dicho juego tiene 10 jugadores que se unen y acuerdan una palabra, dicen el nombre de un objeto (animado o inanimado). Luego viene un undécimo jugador y comienza a hacer a estos 10 jugadores, cada uno a su vez, preguntas sobre el objeto, es decir, de qué color es, qué tan grande es, si está vivo, dónde vive, etc.… Finalmente, después de suficientes preguntas, el El undécimo jugador adivinaría el objeto acordado por los otros 10 jugadores. Obviamente, estaría haciendo una conjetura porque, a menos que haya una lista exhaustiva de preguntas cuya respuesta determinaría completamente el objeto de manera única, entonces, incluso después de muchas preguntas, aún habrá muchas posibilidades y el objetivo del jugador sería adivinar lo mejor posible dada la información que tiene. Naturalmente, el objeto en sí no es aleatorio: fue acordado previamente entre los 10 jugadores. La única aleatoriedad o probabilidad está relacionada con la cantidad de certeza que el jugador 11 tiene sobre el objeto después de hacer sus preguntas. Este juego es, por lo tanto, probabilístico en el sentido de que la respuesta final del undécimo jugador nunca es 100% segura pero determinista en el sentido de que el objeto en cuestión Y sus propiedades (por ejemplo, color, tamaño, peso, etc.) ya están allí, simplemente ocultas. de la vista.

En la versión 2 del juego, las cosas se ponen un poco más complicadas. Los 10 jugadores NO REALMENTE acuerdan previamente ningún objeto. Sin embargo, los jugadores deben respetar el principio de consistencia. Entonces, si el undécimo jugador le pregunta al primer jugador: ¿es una pelota? y el primer jugador responde que sí, luego, automáticamente, el segundo jugador asumirá que el objeto es una bola y sus respuestas serán consistentes con el hecho de que es una bola, es decir, si se le pregunta si puede respirar, DEBE responder NO porque las bolas no respires! Por lo tanto, la única restricción para cualquiera de los jugadores en sus respuestas al undécimo jugador es la coherencia con las respuestas anteriores. Obviamente, cada par de preguntas / respuestas restringe aún más el conjunto de posibles respuestas y, finalmente, el undécimo jugador estará en condiciones de aventurarse a adivinar la naturaleza del objeto con una probabilidad dada. Observe cuán conceptualmente diferente es la versión 2 de la versión 1. En la versión 2, el objeto no existía antes de los interrogatorios del jugador 11, o más exactamente, no tenía propiedades asignadas antes de que el jugador 11 comenzara a hacer preguntas.

La versión 1 es mecánica clásica, donde las preguntas formuladas por el jugador 11 corresponden a medidas clásicas de los observables de un sistema físico, que aunque pueden ser inexactas y / o incompletas, nunca alteran la naturaleza real del objeto: el objeto existe independientemente de las medidas.

La versión 2 es la mecánica cuántica, donde las preguntas nuevamente corresponden a mediciones, pero esta vez a mediciones cuánticas, es decir, mediciones que alteran el estado del sistema observado de una manera intrínsecamente aleatoria. Tenga en cuenta lo siguiente: las mediciones clásicas también pueden alterar el estado del sistema que están midiendo. Piense en una bala que se estrella contra una pared metálica deslizante: el retroceso de la pared se puede usar para medir la velocidad de la bala, pero el estado de la bala se verá alterado radicalmente por su colisión con la pared metálica. Pero en esta configuración, la velocidad de la bala era una cantidad que existía como una característica de la bala antes e independientemente de si golpeó la pared deslizante de metak. En la versión cuántica, LA MEDICIÓN IMPLICA PROPIEDADES EN LUGAR DE CUANTIFICARLAMENTE …

Ok, ahora que veo cuánto tiempo mi respuesta es hasta ahora, me detendré. Esperemos que ayude …

La mecánica cuántica es una teoría de la estructura de la materia que se originó en la década de 1920. En QM, el mundo está formado por partículas que hacen cosas muy extrañas, cosas que desafían el sentido común (ver la cita de Richard Feynman en la respuesta de Drew Henry). Sin embargo, QM fue, o al menos debería haber sido, reemplazado por la teoría del campo cuántico, que fue perfeccionada por Julian Schwinger en la década de 1950. En QFT, el mundo está hecho de campos (cuantificados) que se comportan de manera muy sensata, como se describe en las ecuaciones de campo. En
QFT no hay paradojas o inconsistencias (aunque hay algunas lagunas, como se describe en el Capítulo 8 de mi libro). A todos aquellos que quieran entender QM, les ruego que lean el Capítulo 1 de mi libro, o al menos el Prefacio, que pueden verse gratis en Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos.

El aspecto más fundamental y consecuente de la física cuántica que no se ve en la física clásica es el principio de incertidumbre: el concepto de que la energía y el tiempo no pueden conocerse con precisión infinita para cualquier medición realizada en un sistema y de manera equivalente (la equivalencia no es obvia, pero puede mostrarse y suele ser un ejercicio en cursos introductorios de física cuántica) la posición y el momento de un sistema medido no pueden conocerse con una precisión infinita.

De hecho, no solo es imposible conocer la posición y el momento (por ejemplo) de un sistema, sino que el principio de incertidumbre nos dice que si conocemos la energía con precisión, no sabemos nada acerca de su posición y, de manera similar, si conocemos el posición del objeto precisamente, no sabemos nada acerca de su energía.

En física clásica, normalmente se toman medidas de objetos que son lo suficientemente grandes (los llamamos objetos “macroscópicos”) que las incertidumbres que tienen efectos dramáticos en los resultados de las mediciones realizadas en objetos pequeños como electrones y fotones no son notables. Las implicaciones del principio de incertidumbre para los objetos pequeños, es decir, “el mundo cuántico”, son bastante importantes.

El principio de incertidumbre se puede usar para comprender la dualidad onda-partícula de la luz, típicamente a través del famoso y ampliamente estudiado experimento de difracción de electrones (difracción de electrones).

La incertidumbre inherente a las cantidades medidas del mundo cuántico hace que sea imposible describir el comportamiento de los electrones en términos clásicos. En cambio, uno necesita definir algo llamado “función de onda”. La función de onda es un objeto matemático que no tiene interpretación física en sí misma.

Sin embargo, la función de onda se puede manipular para predecir los resultados de las mediciones en términos de probabilidades. En particular, el uso de la función de onda en combinación con un objeto matemático llamado y “operador” puede decirle la probabilidad de que una medición de un objeto produzca un resultado o valor particular.

La función de onda que se usa para predecir los resultados de las mediciones de un sistema es diferente dependiendo del sistema y a menudo se determina experimentalmente utilizando métodos avanzados.

Espero que haya ayudado! Si quieres aprender más sobre física cuántica, te sugiero que comiences estudiando de cerca los siguientes experimentos / fenómenos:

el principio de incertidumbre
El gato de Schrodinger (experimento mental)
Difracción de electrones
El experimento de dos y tres rendijas
La función de onda (objeto matemático)

Mecánica cuántica – Wikipedia debe ser reescrita de acuerdo con el Principio de acción integral de Albert Einstein – Wikipedia su GR como:

Ondas de puntos oscilantes armónicas ideales (matemática lineal) en el plano 2D ortogonal a la dirección de movimiento (línea mundial) con CAP – condiciones de límites dobles abiertos o cerrados.

¡Esto es más conveniente explicado al comprender nuestra Hermosa Realidad!

Esto explica tanto a Louis de Broglie – Wikipedia como a su supuesta energía proporcional a una frecuencia conservada de todos los fermiones y bosones observables y al giro teórico conservado aún no entendido del elemento estable. o partículas compuestas.

En 2003, Grigori Perelman – Wikipedia ayudó al Prof. Dr. Richard S. Hamilton – Wikipedia a probar la conjetura de Poincaré – Wikipedia en la Universidad Stony Brook – Wikipedia en Nueva York con sus 3 trabajos con matemáticas. análisis del flujo de Ricci – Wikipedia en solo 4D-Spacetime posible !!!

Esta matemática El hecho ‘ fácil de entender ‘ a la vez resultó en descripciones completas no reducibles de “ Teorías de todo ”: TOE <=> TOE2.

Estas matemáticas análisis completos no reducibles también demostraron completamente por qué la llamada Supersimetría: Wikipedia es incorrecta: ¡SuSy explicado!

Estas matemáticas hecho a la vez eliminar toda la validez de la llamada teoría de la supercuerda ‘no entendida’ – Wikipedia 5 teorías diferentes que operan las matemáticas. en 10D-Spacetime! Tal matemática. Las construcciones no son capaces de describir Fermiones siempre masivos, las fuentes primarias de todas las llamadas ‘Partículas de la Fuerza’ llamadas Bosones.

Entonces, por favor, olvide todo lo que escuchó sobre matemáticas. ¡Teorías de cuerdas correctas a la vez y abra los ojos para completar los análisis 4D-Spacetime no reducibles (y también CAP-dual 4D-MomentumEnergy)!

Estos análisis QM analizan completamente las matemáticas. explique por qué QM siempre debe analizarse en el CAP-dual Complex Hilbert-Space con dos grados de libertad de todos los posibles grados de libertad 4D-Spacetime.

Como un resultado directo conservado de impulso angular no cero en la dirección de movimiento (SR-worldline) generalmente no entendido llamado Spin (física) – Wikipedia en conferencias de física, en realidad debería ser matemática descrita conforme a CAP. explícitamente como Conservated Angular-Momentum in the Direction-of-Motion to math. describe y explica (siempre conservado) ¡Gira completamente!

Entonces, tenga en cuenta que las partículas QM, ya sean compuestas o elementales, deben describirse como extendidas, no matemáticas. partículas puntuales analizadas!

QM solo puede entenderse completamente con partículas elementales extendidas como se describe y cumple con CAP al comienzo de este mensaje.

Esto da como resultado vistas lógicas fáciles sobre las interacciones entre partículas estables elementales o compuestas con Easy, porque las llamadas herramientas lineales , matemáticas.