¿Cuál es la diferencia entre la física clásica y la física cuántica?

Las diferencias son una transición de partículas puntuales a ondas. A pesar de la vaga y dudosa “complementariedad” promovida por Bohr y Wheeler, la imagen cuántica de partículas es como ondas, no partículas. En este sentido, el electromagnetismo se convirtió en la idea motivadora de la dinámica cuántica. Esto fue hecho formalmente por Hamilton y Jacobi, pero ahora fue visto como una propiedad intrínseca de la materia. Los cambios realmente profundos provienen del momento angular intrínseco y el enredo. El enredo es lo que trae a la luz toda la acción “espeluznante” a distancia, pero en realidad es un signo de la alta dimensionalidad mucho más profunda del mundo cuántico. Hablamos del espacio como 3D, pero la descripción cuántica requiere mucho más que eso. La medición saca a la luz propiedades discretas que los hombres adultos todavía se gritan entre sí en las conferencias. Aquí está mi explicación, pero prefiero la compañía de adultos, así que evito profesionalmente esta área Derivación del comportamiento transitorio de muchos mundos.

La física cuántica es la revolución que derrocó a la física clásica. Describir la diferencia entre ellos es como describir la diferencia entre los bolcheviques y los zares. ¿Por dónde empezamos?

Por un lado, tenemos la imagen newtoniana de un universo mecánico. En este paradigma, toda la realidad física es una máquina gigante que avanza en el tiempo, cambiando su configuración de manera predecible de acuerdo con las leyes deterministas. Newton vio a su dios como un matemático que construyó el cosmos a partir de elementos físicos, poniéndolos en movimiento de acuerdo con un pequeño conjunto de leyes matemáticas simples. Estas leyes son en última instancia responsables de toda la complejidad y diversidad de los fenómenos naturales. Del mismo modo, todos los fenómenos, por complejos que sean, pueden entenderse en términos de estas simples leyes. “Toda discordia”, escribió Alexander Pope, es “armonía no entendida”.

Por otro lado, tenemos el universo cuántico, que desde nuestra perspectiva, parece más una máquina tragamonedas que un reloj. En el universo cuántico, vemos la maquinaria como fundamentalmente probabilística. Si hay armonía subyacente a la discordia cuántica, es inaccesible para el experimentador.

De hecho, la revolución cuántica va mucho más allá de la mera introducción de la probabilidad como característica fundamental. Completamente destruye el reloj newtoniano, reemplazándolo con un dispositivo completamente extraño construido con matemáticas mucho más avanzadas. La revolución cuántica nos dice que la perspectiva clásica no solo es errónea, es fundamentalmente insalvable .

Pasemos a discutir algunos componentes newtonianos que se tirarán a la basura:

1. Las partículas y los campos poseen variables dinámicas bien definidas en todo momento . Las variables dinámicas son las cantidades utilizadas para describir el movimiento de los objetos, como la posición, la velocidad, el momento y la energía. La física clásica presupone que las variables dinámicas de un sistema están bien definidas y pueden medirse con una precisión perfecta. Por ejemplo, en cualquier punto dado en el tiempo, una partícula clásica existe en un solo punto en el espacio y viaja con una sola velocidad. Incluso si los valores exactos de las variables son inciertos, asumimos que existen y solo toman un valor específico.
2. Partículas como objetos puntiagudos siguiendo trayectorias predecibles . En la mecánica clásica, una partícula se trata como un punto adimensional. Este punto viaja de A a B trazando un camino continuo a través del espacio intermedio. Una bola de billar traza una línea recta a medida que rueda por la mesa, un satélite en órbita traza una elipse, y así sucesivamente. La idea de una trayectoria definida presupone variables dinámicas bien definidas, por lo que una vez que se abandona el primer punto anterior, también se debe descartar la idea de una trayectoria definida.
3. Variables dinámicas como números reales continuos . En física clásica, las variables dinámicas varían suavemente los valores continuos. La física cuántica toma su nombre de la observación de que ciertas cantidades, especialmente la energía y el momento angular, están restringidas a ciertos valores discretos o “cuantizados” en circunstancias especiales. Los valores intermedios están prohibidos.
4. Partículas y ondas como fenómenos separados . La física clásica tiene un marco para partículas y un marco diferente para ondas y campos. Esto coincide con la noción intuitiva de que una bola de billar y una ola de agua se mueven de A a B de maneras completamente diferentes. Sin embargo, en física cuántica, estos dos fenómenos se sintetizan y tratan bajo un marco unificado y magnífico. Todas las entidades físicas son híbridos de partículas / ondas.
5. La segunda ley de Newton . Sin las cuatro características cinemáticas mencionadas anteriormente, [math] \ sum {F} = ma [/ math] es más que incorrecto, no tiene sentido. Se debe desarrollar una dinámica radicalmente diferente que se rija por una ecuación de movimiento muy diferente.
6. Previsibilidad de los resultados de medición . En física clásica, los resultados de las mediciones se pueden predecir perfectamente, suponiendo de antemano un conocimiento completo del sistema. En mecánica cuántica, incluso si tiene un conocimiento completo de un sistema, los resultados de ciertas mediciones serán imposibles de predecir.

Con la lista anterior en mente, no es de extrañar que la mecánica cuántica se haya desarrollado en colaboración internacional durante varias décadas. ¿Cómo se construye un modelo coherente del universo sin estas características?

Bueno, afortunadamente, no todo, desde la física clásica, tuvo que ser desechado. Las leyes de conservación se conservan (o los Grandes Principios de Conservación, como los llamó Feynman, siempre en mayúscula para resaltar su centralidad en todas las áreas de la física). La física cuántica conserva cosas como el impulso, la energía y la carga eléctrica tan perfectamente como la física clásica.

Además, si bien la formulación de Newton de la mecánica clásica está completamente abandonada, las leyes de conservación nos alientan a adaptar las herramientas de las formulaciones de la mecánica clásica hamiltoniana y lagrangiana más matemáticamente elegantes. Erwin Schrodinger eligió adaptar el formalismo hamiltoniano que condujo a su ecuación homónima. Richard Feynman adaptó la mecánica lagrangiana que condujo a su formulación integral del camino. Heisenberg desarrolló su propio enfoque esotérico llamado mecánica matricial.

Los tres enfoques de la mecánica cuántica son matemáticamente equivalentes y útiles por derecho propio (hay más de tres, pero estas son las formulaciones estándar). La formulación de Schrodinger de la mecánica cuántica suele ser la que todos encuentran primero, y la suya es el formalismo más utilizado en el campo. Regresemos a la lista anterior y reemplacemos los componentes de Newton con los de Schrodinger:

1. Las partículas poseen una función de onda [matemáticas] \ Psi (x, t) [/ matemáticas] en todo momento. La función de onda asigna un número complejo a cada punto en el espacio en cada momento en el tiempo. Esta función contiene toda la información disponible sobre la partícula. Todo lo que se puede saber sobre el movimiento de la partícula se extrae de [math] \ Psi (x, t) [/ math]. Para recuperar información dinámica, usamos la regla de Born y calculamos [matemática] \ Psi \ Psi ^ * [/ matemática] para obtener la densidad de probabilidad de la posición de la partícula, y calculamos [matemática] \ phi \ phi ^ * [/ matemática] para obtener la densidad de probabilidad del momento de la partícula, donde [math] \ phi (p, t) [/ math] es la transformada de Fourier de la función de onda. Este es un enfoque radicalmente diferente a la cinemática que en la mecánica clásica, que describe las partículas enumerando los valores de las variables dinámicas.
2. Las trayectorias se reemplazan con la evolución de la función de onda . A medida que la función de onda cambia en el tiempo, también lo hacen las probabilidades de observar posiciones particulares y momentos para la partícula. La ecuación de evolución es la ecuación de Schrodinger dependiente del tiempo: [matemáticas] i \ hbar \ dot {\ Psi} (x, t) = H \ Psi (x, t) [/ matemáticas]. [math] H [/ math] es el operador hamiltoniano para el sistema, es decir, el operador autoadjunto correspondiente a la energía total del sistema (descrito en el punto 3 a continuación).
3. Las variables dinámicas son matrices hermitianas . En lugar de variables dinámicas de valor real y en continua evolución, Schrodinger utiliza matrices hermitianas fijas (u operadores autoadjuntos) para representar cantidades observables. Cada observable tal como posición, momento, energía, etc. tiene una matriz / operador correspondiente. Los valores propios de la matriz / operador determinan los valores permitidos del observable correspondiente. Los niveles de energía de los átomos, por ejemplo, son valores propios del operador hamiltoniano. Este es otro cambio completamente radical de cómo la física clásica trata el movimiento.
4. Unificación de partículas y ondas . Un análisis matemático de la ecuación de Schrodinger revela que tiene soluciones en forma de onda, por lo que las partículas se propagan como ondas. Esto significa que no debemos imaginar las partículas como pequeñas esferas que rebotan en su entorno. Lo más cercano que puede llegar a visualizar una partícula es visualizar su función de onda. Como se indicó anteriormente en el primer punto anterior, la función de onda asigna un número complejo a cada punto en el espacio. Este campo de números complejos evoluciona en el tiempo. ¿Cómo se ve esta evolución? Bueno, si está familiarizado con los fasores, parece un campo de fasores que giran rápidamente (excelente visualización). Para ser más específicos, el campo de fasores para una partícula particular se parece a un tornillo que gira en la dirección del movimiento.
5. La ecuación de Schrodinger dependiente del tiempo reemplaza la segunda ley de Newton .
6. La medida es al azar . Incluso si tiene pleno conocimiento de un sistema cuántico antes de la medición (es decir, sabe [matemática] \ Psi (x, t) [/ matemática]), aún no podrá predecir los resultados de las mediciones en general. El resultado de la medición es probabilístico. Los posibles resultados están determinados por los valores propios del operador que está observando (ver punto 3), y la probabilidad de cada resultado está determinada por la proyección de la función de onda en los vectores propios de ese operador.

Así que este es un bosquejo de cómo se ve la mecánica cuántica de Schrodinger. Las formulaciones alternativas tendrían diferentes detalles, pero la esencia es la misma.

Esperemos que ahora esté claro que las diferencias entre la física clásica y la física cuántica son enormes. La revolución cuántica es realmente uno de los desarrollos intelectuales más impresionantes del siglo XX y, en muchos sentidos, los efectos de la revolución aún no se han sentido plenamente. La computación cuántica, por ejemplo, es una ramificación que aún no se ha materializado. Las ramificaciones filosóficas y tecnológicas seguramente continuarán transformando el siglo XXI de maneras extraordinarias.

La física clásica es el estudio de objetos reales y su movimiento en el espacio real, mientras que la teoría cuántica es el estudio de observaciones muy precisas. La diferencia clave es que la física clásica supone que existen objetos reales y los estudia, mientras que los físicos cuánticos no asumen nada y solo tratan las observaciones repetibles como reales, y estudian las observaciones sin suponer que las observaciones son “de” algo.

La teoría cuántica reconoce que hay un elemento subjetivo en todas las observaciones, y si bien para objetos grandes estas diferencias subjetivas son pequeñas en relación con el tamaño del objeto observado, y por lo tanto no son un obstáculo para el consenso científico, para observaciones muy precisas las diferencias subjetivas son cruciales. , haciendo imposible el consenso sobre una sola observación.

La teoría cuántica es el reconocimiento de que la imposibilidad del consenso requiere que examinemos exactamente qué es para una observación ser un “objeto real”, en lugar de una alucinación. Se considera que una alucinación es una percepción temporal de una persona que no se confirma mediante un intento repetido de observación por parte de la misma persona u otra persona, y la observación de un “objeto real” es una percepción que se confirma mediante un intento repetido. en observación por la misma persona u otra persona. Las observaciones sobre la escala cuántica entran en la primera categoría.

Estas observaciones, si bien son completamente subjetivas, pueden modelarse matemáticamente hasta cierto punto, ya que el universo en el que se basan las observaciones es objetivo en su conjunto. Se puede registrar el rango de posibles observaciones (lecturas en el medidor de un dispositivo de medición). A menudo se encuentra que los valores están “cuantizados” (restringidos a ciertos valores discretos). Este fenómeno es el nombre de la mecánica cuántica. Además, se puede registrar la frecuencia (número de ocurrencias) de cada valor, y se puede formular una ecuación que prediga la frecuencia exacta de futuras observaciones. La precisión de estas predicciones es perfecta, haciendo de la mecánica cuántica la teoría más precisa de toda la ciencia. Sin embargo, la ecuación no predice qué valor se mostrará en un caso particular, ya que las observaciones son completamente subjetivas. Pero describe perfectamente la tendencia que sigue una gran cantidad de observaciones.

A cada observación posible se le puede asignar un objeto matemático correspondiente llamado “operador” que actúa sobre el estado de un espacio matemático abstracto llamado espacio de Hilbert. Estos objetos son análogos a los objetos reales que actúan sobre el estado del espacio real en la mecánica clásica.

Aunque los objetos en el espacio de Hilbert son puramente matemáticos (no reales), el estado del espacio a menudo se describe metafóricamente con un lenguaje tomado de la mecánica clásica, usando términos como masa, energía, longitud, tiempo, etc., lo cual es ciertamente muy confuso. para los no iniciados, que no pueden discernir el uso literal de los términos con el uso metafórico. Algunos físicos cuánticos podrían contrarrestar eso señalando que los objetos que son “reales” y los que son “puramente matemáticos” dependen solo de la repetibilidad observacional y el consenso, y por lo tanto la realidad de los objetos clásicos (objetos cotidianos a gran escala) es tan arbitraria como las definiciones. asignado a objetos de escala cuántica. Entonces, aunque los objetos cuánticos como los fotones son puramente matemáticos (inventados arbitrariamente por personas), los objetos cotidianos a gran escala también son inventados arbitrariamente por personas: la única diferencia es la repetibilidad de las observaciones.

El “límite clásico” es el tamaño mínimo de los objetos que puede ser modelado por la mecánica clásica. Sin embargo, este límite no es un fenómeno del sistema físico en sí. Los objetos grandes siguen las mismas reglas que los objetos cuánticos: la diferencia radica en la precisión de las definiciones utilizadas. Los objetos grandes tienen definiciones que son “difusas” (vagas), por lo que pequeñas diferencias subjetivas se encuentran dentro de la definición difusa. Para definiciones muy precisas, incluso las pequeñas diferencias subjetivas son suficientes para descalificar a un objeto de una definición particular, evitando la repetibilidad y el consenso. El límite clásico es el límite del consenso.

La ecuación mencionada anteriormente es una combinación de todos los “operadores” relevantes, y proporciona el rango de lecturas posibles del medidor y su frecuencia (el número de veces que se observará una observación particular dividido por el número total de observaciones).

La ecuación convierte entre el universo objetivo y nuestras observaciones subjetivas del mismo. Describe la constitución de nuestra conciencia tanto como lo hace la constitución del universo objetivo.

La mecánica clásica y la mecánica cuántica son contrapartes entre sí en cierto aspecto que incluye el existencialismo, el determinismo y la cuantización.

[1] Mecánica clásica (proposiciones)

1. El mundo físico es determinista, es decir, si proporciona información suficiente (digamos condiciones iniciales) sobre el sistema dado, puede predecir exactamente su futuro. sin embargo, en algunos casos puede ser muy difícil proporcionar la información exacta (efecto mariposa), pero en principio, los sistemas físicos son deterministas.
2. La luz son ondas y la materia consiste en partículas.
3. Las cantidades físicas (energía, impulso, giro) pueden considerarse como variables continuas.
4. Siempre se puede encontrar la realidad física de un sistema u objeto dado que es independiente del observador.
5. Una partícula puntual no posee spin ni momento angular.

[2] Mecánica cuántica (predicciones)

1. El mundo físico no es determinista, y la incertidumbre es la propiedad intrínseca de la materia. Lo que puede predecir son las probabilidades del resultado de un evento o experimento que se manifestó particularmente a nivel subatómico.
2. Tanto la luz como la materia pueden exhibir un comportamiento similar a las ondas y a las partículas.
3. Las cantidades físicas se cuantifican (solo pueden tomar valores discretos) bajo ciertas circunstancias.
4. El observador siempre afecta el resultado de un experimento.
5. Incluso una partícula puntual puede tener spin y momento angular.

Notas al pie

[1] Las cuatro proposiciones de física clásica de Vijay Kumar sobre física clásica y cuántica

[2] Las predicciones extrañas de la mecánica cuántica por Vijay Kumar sobre física clásica y cuántica

La física clásica es causal; El conocimiento completo del pasado permite el cálculo del futuro. Del mismo modo, el conocimiento completo del futuro permite el cálculo preciso del pasado. (La teoría del caos es irrelevante para esta afirmación; habla sobre qué tan bien puede hacerlo con un conocimiento incompleto).

No es así en física cuántica. Los objetos en física cuántica no son partículas ni ondas; son una extraña combinación de ambos. Dado el conocimiento completo del pasado, solo podemos hacer predicciones probabilísticas del futuro.

En física clásica, dos bombas con fusibles idénticos explotarían al mismo tiempo. En física cuántica, dos átomos radiactivos absolutamente idénticos pueden y generalmente explotarán en momentos muy diferentes. Dos átomos idénticos de uranio-238 sufrirán, en promedio, desintegración radiactiva, separados por miles de millones de años, a pesar del hecho de que son idénticos.

Hay una regla que el físico usa a menudo para separar la física clásica de la cuántica. Si la constante de Planck aparece en las ecuaciones, es física cuántica. Si no es así, es física clásica.

La mayoría de los físicos creen que la física cuántica es la teoría correcta, a pesar de que muchos detalles aún no se han resuelto. La física clásica puede derivarse de la física cuántica en el límite en que las propiedades cuánticas están ocultas. Ese hecho se llama el “principio de correspondencia”.

La respuesta completa a esta pregunta podría ocupar un libro.

Las otras respuestas son sorprendentes y describe la distinción entre la Mecánica clásica y QM realmente bien.

Sin embargo, ninguna respuesta ha mencionado algo que sea realmente esencial para la base misma de QM. Como sabrán, la mecánica newtoniana se puede obtener como un caso limitante de la mecánica relativista configurando v << c.

Sin embargo, la existencia del marco newtoniano no es esencial para la formulación de STR.

Esto es algo que no es cierto cuando hablamos de la formulación de QM.

La Mecánica Clásica se puede obtener como un caso limitante de QM (mediante varias técnicas de aproximación), pero la Mecánica Clásica es esencial para el marco de QM (a diferencia del caso de la Mecánica Newtoniana y STR)

Esto se debe a la forma en que se interpreta la medición en QM.

Permítanme describir en detalle: –

Supongamos que hay un sistema cuántico en el sentido de que puede existir en un estado de superposición de algunos vectores propios básicos.

Ahora, para medir cualquier observable, necesitamos un aparato que interactúe con el sistema.

Esta interacción colapsaría el estado del sistema en algún estado propio del observable que se está midiendo y, a su vez, el aparato mostrará el valor medido del observable.

Este aparato NO es un sistema cuántico. Es un objeto físico que puede existir solo en estados definidos y no algún tipo de superposición. Además, en principio, es capaz de medir observables con precisión infinita.

Por lo tanto, el concepto de medición en Mecánica Cuántica requiere el marco de la física clásica y esto es algo de gran interés en los últimos tiempos.

Sé que la discusión que he dicho aquí es muy contra intuitiva, pero intente leer sobre ella y comprenderá por qué Foundations of QM sigue siendo un tema tan candente en la investigación de Física.

Se trata de medición y la conexión no tan bien definida de QM con física clásica.

Según el diccionario, la mecánica es la ciencia que se ocupa del movimiento de los objetos materiales. Dado que el mundo está hecho de partículas de materia y espacio que permite que tales partículas se muevan, y también dictan la forma de su movimiento, vemos que la mecánica es la ciencia de cómo funciona el universo. Entonces, la mecánica es el origen y el padre de todas las ciencias, la física, la química, la biología e incluye las matemáticas y la lógica. Los dos últimos porque dependen en gran medida de conceptos que emanan del espacio y de la materia en el espacio, esas son nuestras experiencias cotidianas. Solo recuerda las figuras en un libro sobre geometría y verás lo que quiero decir. Es por eso que necesitábamos las matemáticas para avanzar primero, antes de avanzar en física, por ejemplo. Las matemáticas encapsulan las reglas y la lógica del espacio y nos impiden hacer cosas que no son posibles en la vida real. De hecho, cada vez hubo un avance importante en matemáticas … como en álgebra, cálculo, vectores, matrices, tensores, etc., hubo un avance correspondiente en física y todas las demás materias.

El problema que enfrentó al principio de la mecánica fue que la materia está compuesta de un número infinito de partículas, y formular ecuaciones y seguir el lote simultáneamente es una tarea imposible. Entonces nuevas ramas de la mecánica vinieron al rescate. Primero vino la mecánica sólida, donde en una gran suma de partículas se puede tratar como una sola. En segundo lugar llegó la mecánica de fluidos cuando la materia es fluida sin una forma sólida fija. En tercer lugar, vino la probabilidad, donde la densidad de partículas es mucho menor que un fluido, pero aún es demasiado para el análisis. Probablemente se pueda tratar un gran número de partículas en el “promedio” y no individualmente. Esto produjo mecánica estadística. También surgió el concepto de energía que nos permitió tratar un gran número de partículas en una suma global, principalmente porque la energía es escalar y positiva, y se suma como masa, haciendo simple la adición de propiedades de muchas partículas … para que pueda hablamos de la energía y la conservación de la energía para una partícula y la energía de conservación de una bola compuesta por el número de partículas del tamaño de Avogadro. Luego vinieron las ecuaciones diferenciales que permitieron que la materia se considerara untada sobre el espacio, no concentrada como lo es en realidad, y así se convirtió en una partícula y diferenciable, luego reemplazó la engorrosa suma de muchas partículas por integrales.

La mecánica cuántica hizo uso de todos estos avances en matemáticas y lógica … la probabilidad, la continuidad o la mancha de la materia, de ahí los operadores diferenciales, junto con las otras propiedades del espacio como la simetría. En este caso, el problema no está en el número de partículas que interactúan, sino en las velocidades fenomenales con las cuales las partículas cambiaron sus posiciones en un espacio muy pequeño, haciendo imposible el seguimiento del espacio, y una imagen manchada más práctica. Probablemente, puede cumplir con las leyes si tiene muchos elementos o muchas repeticiones de un elemento. Entonces formulamos aquí una ecuación única que representa ‘una partícula en promedio’ … o una partícula ‘típica’, no una ‘específica’ como lo que muchos piensan generalmente.

Sin embargo, hacer esto requirió más modelos de cierre de entradas como se los conoce. Una buena similitud aquí son las ecuaciones de Navier-Stokes para la mecánica de fluidos. Esto también trata un gran número de partículas como un continuo, pero como resultado necesita el suministro de constantes de elasticidad y otras entradas externas para ajustar las ecuaciones para que se correspondan con lo que sucede en la naturaleza. La dualidad onda-partícula de la que se habla a menudo en QM no es más que los factores de elasticidad en la materia, ambos el resultado de la ley del cuadrado inverso que cambia a la ley de resorte de Hook (espacio), cuando tienes una gran cantidad de interacciones. partículas en el sistema.

Entonces, si quiero dar la diferencia entre clásica y mecánica y QM en pocas oraciones, diría que es como resolver el problema del movimiento de una cantidad de partículas muy rápidas usando un número numeroso de ecuaciones de tipo Newton, con un límite y una inicial inciertos condiciones, o una sola ecuación de vibración / onda, con la ayuda de las leyes de energía, probabilidad y simetría, con algunas entradas adicionales para su cierre, las diversas constantes y ángulos de QM, y la transformación de la imagen de partículas en un continuo de funciones de probabilidad manchadas.

Toda la física antes del comienzo del siglo XX se llama física clásica. ¿Qué es la física clásica y por qué se llama así?

Los fundamentos de las leyes básicas de la física fueron establecidos por científicos famosos como Sir Issac Newton, Galileo, Micheal Faraday, Lord Kelvin, James Maxwell y, por supuesto, muchos otros también. Pudieron demostrar al mundo que todo el fenómeno natural que vemos todos los días puede explicarse sin tener que sucumbir a la magia, sino mediante el pensamiento racional. Pudieron encontrar algunas fórmulas maestras para explicar varios tipos de fenómenos.
Por ejemplo, la ley universal de la gravedad podría explicar todo, desde por qué las cosas caen en la tierra, por qué caen a la misma velocidad, por qué los planetas giran alrededor del sol, por qué las leyes de Keplers eran ciertas y muchas más.

Maxwell pudo unificar los conceptos de electricidad y magnetismo y demostró que la luz misma (que era un gran misterio en aquel entonces) era un fenómeno electromagnético. Parecía que muchas de las cosas que pensábamos que eran mágicas ahora podrían explicarse a través de algunas reglas muy simples y elegantes que gobiernan nuestro universo, y estas reglas podrían escribirse de manera muy eficiente por el poder de las matemáticas (a saber, usando el cálculo) . Durante el final del siglo XIX, pensamos que lo habíamos hecho. Todo por descubrir, había sido descubierto. Lo único que la raza humana tenía que hacer ahora, es inventar mejores y mejores instrumentos para que nuestras mediciones sean precisas. Básicamente, solo algunos parches aquí y allá. Perseguir la investigación en física sería redundante, porque lo hemos hecho. ¿Que más necesitamos? Todo lo que teníamos que hacer ahora es centrarnos en la ingeniería. Usar todo el conocimiento que tenemos para comenzar a aplicar e inventar para mejorar nuestras vidas.

Debido a la teoría electromagnética, la gente quería construir bombillas, y a muchos se les pidió que averiguaran la temperatura eficiente para calentar un filamento, a fin de proporcionar la máxima luz en la región visible.

Fue durante este tiempo, un físico alemán llamado Max Planck encontró algo mal con todas las leyes. Él vio que los resultados experimentales no coincidían con los datos teóricos esperados. Muchos trataron de encontrar la solución utilizando las ecuaciones conocidas, pero todo fue en vano. Fue durante este tiempo que Planck hizo un movimiento valiente y audaz, pensó que algo estaba inherentemente mal con todas las ecuaciones, quiero decir TODA LA FÍSICA. Y lo que más tarde dijo como “en un acto de desesperación”, literalmente tiró por la ventana las ecuaciones conocidas actuales, e hizo un seguimiento y descubrió una nueva teoría radical. La teoría cuántica nació.
¿Qué es esta teoría cuántica? ¿Qué lo hace tan especial? ¿Y qué tenía de intrínsecamente malo todas las leyes de la física que pensamos que funcionaron durante tantos años? ¿Cómo es que nadie pudo ver la falla?

Supongamos que viste un montón de arena desde muy lejos. Te parece un objeto integral. Continuo, liso. Parece que puedes tomar este gran trozo y cortarlo en tantas piezas como sea posible. Solo cuando te acercas y lo examinas cuidadosamente, descubres que esta arena está hecha de pequeños granos de arena. Estos granos de arena pueden llamarse “quanta” del “montón de arena”. No se puede dividir este “quanta” más. Si intentaste con la pieza más pequeña de ese montón, terminarás tomando 1 grano. Si quieres un poco más alto, puedes 2 granos. Pero no en el medio. No tiene la opción de tomar, por ejemplo, 1.5 granos. Eso no está permitido. Esta es toda la idea detrás de la cuantización. Esta idea en la que todo, incluida la energía, está hecho de ‘quantas’ tan indivisibles es de lo que se trata la teoría cuántica.

Entonces es así. Antes del siglo XX solo solíamos tratar con el montón de arena en su conjunto. Entonces la teoría clásica funciona perfectamente. Sin embargo, si intenta aplicar lo mismo a cada grano de arena. La física se descompone. Se hace añicos por completo. Falla miserablemente. Por lo tanto, se necesitan nuevas leyes a este nivel, y estas leyes se desarrollan y estudian bajo la mecánica cuántica.

Descargo de responsabilidad: la idea de la pila de arena y el grano es solo una analogía. En realidad, aplicamos la mecánica cuántica a las partículas que son aproximadamente 100.000 millones de veces más pequeñas que los granos de arena. Puedes usar la física clásica para los granos reales de arenas 😛

Para comenzar con la mecánica cuántica, los físicos tuvieron que pensar mucho sobre lo que realmente estaban haciendo cuando hicieron ecuaciones físicas y otras formas de expresar por qué la materia y la energía interactúan de la manera en que lo hacen. Dos expresiones de la idea usadas con mucha frecuencia apuntan a la verdad central: que la física consiste en actos creativos de las mentes humanas.

Una idea es que la física consiste en “ficciones útiles”. (No sé por qué los dos realmente actúan de esa manera, pero supongo que esa yadda yadda. Así que actuemos sobre esa suposición. Veamos si ambos salen de la casa y van en direcciones opuestas cuando yadda yadda. Si eso es así resulta ser confiable, entonces sabremos cuándo robar la casa).

La otra idea es que la física consiste en modelos. Alguien se pregunta por qué los pájaros pueden volar. Él piensa que es porque tienen alas y las mueven hacia arriba y hacia abajo. Él hace un modelo, pero no funciona. las alas empujan el “cuerpo” del pájaro modelo hacia arriba, pero luego lo empujan hacia abajo. Mucho más tarde, alguien obtiene un modelo mejor que realmente funciona. Una catapulta modelo a menudo será más simple que una real utilizada para la guerra. Es suficiente ver en general cómo funciona una catapulta, y no es necesario hacer una con gran precisión y potencia. Los modelos mentales relativamente complejos de un abejorro “demostraron” que un abejorro no podía volar. En realidad, lo que se mostró fue que el modelo no era lo suficientemente bueno como para dar cuenta de lo que realmente sucede.

Antes del comienzo del siglo XX, la gente intentaba elaborar un modelo o una ficción conveniente para dar cuenta del brillo de la radiación a diferentes frecuencias dependiendo del calor de un objeto brillante. Aquí hay un gráfico que muestra la diferencia entre lo que hace la naturaleza y lo que predijo el modelo clásico:
Las líneas de colores muestran lo que la naturaleza produce a 3000 ° Kelvin, 4000 ° grados Kelvin y 5000 ° Kelvin. La línea negra muestra lo que predijo el modelo de física clásica para 3000 ° Kelvin: bastante bueno, tal vez incluso utilizable para un trabajo duro, en el extremo derecho (baja frecuencia, alta longitud de onda) de la tabla, pero indicó que el más cercano llegó a cuanto más cortas sean las ondas, mayor será el brillo y se volverá infinito.

La creación de un nuevo modelo o un nuevo tipo de ecuación que explicaría las curvas realmente vistas en la naturaleza fue el nacimiento de la física cuántica.

La diferencia entre la física cuántica y la física clásica es que la física clásica solo funciona dentro de un cierto rango de fenómenos. Por lo general, cuando uno comienza a hablar sobre cosas que suceden a nivel de fotones y electrones, la física clásica ya no da respuestas confiables. Ya no es una “ficción útil”.

Para el resto de la historia, vea lo que Mahesh Shenoy ha escrito.

Casi todo lo escrito sobre mecánica cuántica debe ser precedido por el hecho de que no hay consenso entre los físicos cuánticos en cuanto a la interpretación correcta. La interpretación de Copenhague generalmente se considera la favorita y es la más enseñada (a menudo como si fuera un hecho), pero incluso no tiene una mayoría de seguidores, solo una pluralidad. Para mí, esta es una fuerte indicación de que Richard Feynman todavía tiene razón, nadie entiende completamente la mecánica cuántica.

Además de h como se menciona en otras respuestas, una de las características más extrañas de la mecánica cuántica es la superposición cuántica de estados, que es claramente diferente de la superposición clásica. La superposición clásica requiere sumas lineales de vectores, como vectores de posición, o sinusoides representados como vectores. En la mecánica clásica, si agrega un vector de posición a otro vector de posición, obtiene un tercer vector de posición que representa la posición neta de un objeto. Pero la superposición cuántica es la superposición de estados (también generalmente representados como vectores), por lo que una moneda puede estar en un estado que es una suma de caras y colas, o un gato puede estar vivo y muerto. Nadie sabe qué significa realmente esta superposición de estados, pero es la única forma de explicar ciertos fenómenos cuánticos (al menos hasta ahora), como el enredo cuántico. No existe un análogo clásico de la superposición de estados.

La principal diferencia científica puede ser.
1-La física cuántica es la física general de la comprensión de las propiedades físicas de la naturaleza, donde la física clásica es, de hecho, un límite de la física cuántica como h —–> 0, donde h es constante de Planck = 6.63 X10 ^ -34 J.sec .
2-La física cuántica es una teoría que considera que el concepto probabilístico es un concepto intrínseco, mientras que la física clásica se basa en el concepto determinista.
3- La Física Cuántica es más integral en su trato con la física de la teoría de la creación y desarrollo del cosmos.
4-Muchas nuevas teorías desarrolladas durante las últimas cuatro décadas se basan en los postulados de la Física Cuántica, como la teoría de la inflación, las teorías de cuerdas y luego la teoría M.
5-La mayor comprensión de las estructuras internas de galaxias, estrellas y agujeros negros se basa en principios y postulados de la física cuántica.
Entonces, de hecho, el ámbito de la física cuántica es muy amplio desde el punto de discusión de la creación del inverso hasta el punto del último horizonte esperado del universo. Mientras que el ámbito de la física clásica de las aplicaciones está limitado en relación con el de la física cuántica. ámbito de aplicaciones.

Aquí hay una analogía simple.
Supongamos que estás jugando squash con una pelota de esponja. Y si desea construir una máquina que pueda jugar con usted, lo primero que necesitaría es modelar matemáticamente la mecánica de la bola de esponja para poder incorporarla en el diseño de la máquina. Para esto bastaría un modelo clásico.
Ahora vamos cuántico, si quieres reemplazar la bola de esponja con un electrón, el modelo clásico de una bola de esponja se rompe.
En primer lugar, no hay una forma determinista de conocer la ubicación de la pelota antes de que golpee su bate. Entonces existe la probabilidad de que atraviese tu murciélago incluso si lo hiciste bien. Así que acabamos de comenzar con la larga lista de fenómenos no vistos en la mecánica clásica. Estos fenómenos se modelan en las matemáticas en QM y, para una teoría probabilística, explica por qué las cosas suceden maravillosamente.
Sin embargo, el problema es que con este nuevo modelo, el mundo parece un lugar mucho más extraño. La pelota ya no es una pelota, sino un valor propio en una ecuación de onda. No es nada como el mundo con el que estamos familiarizados. Esto publica interesantes acertijos sobre lo que significan las matemáticas. Es alucinante y confuso visualizarlo pero a la vez tan intrigante porque es muy contrario a la intuición.
Gracias por la A2A

La física clásica enfocó su atención en la materia. Intentó visualizar incluso la energía como partículas, se pensaba que la energía y la materia eran dos cosas diferentes.

La física cuántica, por otro lado, trata la energía y la materia como si fueran una sola.

El estomago que se manifiesta en diferentes formas daría lugar a quince objetos o radiaciones. La energía exhibe propiedades tanto de una partícula como de una onda.

En física cuántica, la observación es una interacción entre lo observado y el observador. Entonces, si el observador cambia, la observación también cambia. Por lo tanto, un objeto no puede describirse en términos absolutos. Todo es relativo

El principio de indeterminación de Heisenberg, prescribe además, que las dimensiones de cualquier objeto no pueden determinarse ni su impulso. Como resultado, uno no puede ver los objetos últimos o penúltimos.

Física cuántica solo describe un fenómeno en lugar de explicarlo, con la esperanza de que en una buena descripción se encuentre una explicación

Esto plantea la pregunta de quién está observando.

Aquí es donde se centra la investigación actual. La concientización asume un gran significado y, a menos que uno determine lo que es consciente, este mundo físico no puede ser explícito.

La física clásica, ya que se centró en la materia y la causa-efecto, dio origen al racionalismo y a las listas de irracionales en el siglo XVIII. El racionalismo no tiene cabida en la física cuántica.

No leeré las 71 respuestas, pero agregaré una consideración que, aunque no es casi una descripción completa de las diferencias entre las dos físicas, tiene muchas de las rarezas cuánticas como consecuencia. En física clásica, las funciones matemáticas son las cosas que generan los valores pronosticados de los observables como el momento, la ubicación y el tiempo. En CM, el langrangiano y el hamiltoniano son funciones que generan las funciones para las ecuaciones de movimiento newtonianas para un sistema agradable y de buen comportamiento. Para calcular el camino de una partícula u onda clásica, se resuelve una ecuación diferencial para la función que describe la trayectoria. En contraste, QM usa operadores para configurar las ecuaciones diferenciales de movimiento. La ecuación de Schroedinger independiente del tiempo generalmente se introduce en clases introductorias de física cuántica o química. Su solución se da en términos de una función de onda. Sin embargo, en realidad, el SE da el resultado de una transformación lineal de vectores de valores complejos en un espacio de Hilbert (infinito). El operador hamiltoniano transforma un vector en un múltiplo de una cantidad escalar observable de valor real y el vector original. En otras palabras, la acción de un operador hamiltoniano en un vector de estado admisible produce un vector ‘más largo’ si se quiere. Los valores del multiplicador escalar son los espectros de energías, momentos, giros, etc. Se podría decir, por lo tanto, que la mecánica cuántica es la unión del álgebra lineal y la física.

Voy a hacer esto lo más simple posible y no arrojarte muchas matemáticas.

En física clásica, hay un determinismo “en principio”. Si tuvieras N átomos de neón en una bombona de gas, y supieras la posición y el impulso de cada uno, en principio podrías describir completamente la historia de todos los tiempos.

Eso no significa que no pueda usar métodos estadísticos o tratar los movimientos como aleatorios (para tratarlos de manera determinista, ¡necesitará realizar un seguimiento de los números 6N en función del tiempo!). Y, de hecho, tales métodos son extremadamente útiles en la física clásica. Simplemente significa que hay propiedades exactas que se pueden conocer, como la posición y el momento, que se pueden medir con cualquier precisión, independientemente del proceso de observación.

En la física clásica, se suponía que cosas como los electrones y los átomos se trataban estrictamente como partículas, y cosas como la luz y otras formas de radiación electromagnética se trataban estrictamente como ondas. (¡Resulta que hay muchas cosas que suceden con la luz y los electrones que no pueden explicarse adecuadamente en la física clásica!)
Física clásica Cada partícula tiene una posición y un momento exactos. La mesa de billar tiene un coeficiente de fricción casi completamente uniforme, y las colisiones son aproximadamente elásticas. Es cierto que algunos de los trucos con backspin parecen un poco extraños …

En física cuántica, existen propiedades como la posición y el momento que NO son medibles con precisión, independientemente del proceso de observación. Específicamente en el caso de la posición y el impulso, existe un límite sobre la precisión con la que puede medir ambos a la vez.

Puede pensar que una partícula se describe como una onda, que codifica la probabilidad de realizar una medición específica. Las posibles observaciones están determinadas por las probabilidades y no están determinadas. No hay “trayectoria” entre observaciones posteriores.

La variación se vuelve significativa en la escala atómica y por debajo. Los objetos macroscópicos grandes que tienen, digamos tal vez 7,000,000,000,000,000,000,000,000,000 átomos en ellos, como usted y yo, pueden tener variaciones debido a la incertidumbre cuántica que son una fracción tan pequeña de ellos, que pueden tratarse efectivamente como objetos clásicos para casi todos los propósitos. De hecho, la fórmula para la onda asociada con un cuerpo humano, o una bola o mesa de billar, proporciona una longitud de onda que es tan increíblemente corta, que los cálculos cuánticos se aproximan a los clásicos para estos objetos grandes con un grado de precisión tremendo.

El experimento de la doble rendija. Una ola que golpea una superficie con dos pequeñas aberturas cercanas interferirá consigo misma, produciendo franjas de interferencia. En este video, los electrones se disparan a un par de rendijas una a la vez. ¡Los electrones son definitivamente partículas! Sin embargo, los electrones no parecen seguir una trayectoria definida, y aparecen al azar. ¡Cuando se han transmitido muchas cosas, forman franjas de interferencia!

En física, mecánica clásica y cuántica.
la mecánica son los dos subcampos principales de la mecánica.
La mecánica clásica tiene que ver con el conjunto de
leyes físicas que describen el movimiento de los cuerpos bajo
La acción de un sistema de fuerzas. El estudio de la
El movimiento de los cuerpos es antiguo, haciendo clásico
la mecánica uno de los temas más antiguos y más grandes en
ciencia, ingeniería y tecnología. También es ampliamente
conocido como mecánica newtoniana.
La mecánica clásica describe el movimiento de
objetos macroscópicos, desde proyectiles hasta partes de
maquinaria, así como objetos astronómicos, como
naves espaciales, planetas, estrellas y galaxias. Aparte de esto,
muchas especializaciones dentro del tema tratan
sólidos, líquidos y gases y otros subtemas específicos.
La mecánica clásica también proporciona una precisión extrema
resultados siempre que el dominio de estudio esté restringido a
los objetos grandes y las velocidades involucradas no se acercan
la velocidad de la luz . Cuando los objetos con los que se trata
hacerse lo suficientemente pequeño, se hace necesario
introducir el otro subcampo principal de la mecánica,
mecánica cuántica, que concilia lo macroscópico
leyes de la física con la naturaleza atómica de la materia y
maneja la dualidad onda-partícula de los átomos y
moléculas . Sin embargo, cuando ambas mecánicas cuánticas
y la mecánica clásica no puede aplicarse, como en el
nivel cuántico con muchos grados de libertad, cuántico
la teoría de campo (QFT) se vuelve aplicable. QFT trata con
pequeñas distancias y grandes velocidades con muchos grados de
libertad, así como la posibilidad de cualquier cambio en el
cantidad de partículas a lo largo de la interacción.

Las teorías cuánticas se basan en las probabilidades de “encontrar” una partícula en un estado particular (posición, momento …). Si bien estos valores están estrictamente definidos en el sentido clásico, en el mundo cuántico estos valores tienen distribuciones de probabilidad, por lo tanto, por ejemplo, no podemos decir que una partícula está exactamente en una posición específica en el espacio, solo podemos adivinar dónde está la partícula puede ser.
Además, estas distribuciones de probabilidad tienen propiedades similares a las ondas (similares a la radiación electromagnética) debido a la longitud de onda de De Broglie (ver onda de materia) que establece que incluso las partículas masivas de un momento particular tienen una longitud de onda asociada, es decir, una distancia en el espacio donde una partícula tiene comportamiento sincronizado consigo mismo (a través de la interferencia de su función de onda): mayor impulso, menor longitud de onda. A medida que uno aumenta el impulso de una partícula, su longitud de onda más corta puede “ver” distancias más pequeñas (digamos, con mejor resolución), por lo que para un momento típico de un electrón en órbita en un átomo es algo menor que un nanómetro, es decir, el electrón es auto-sincronizado (interfiere constructivamente consigo mismo) en su órbita de aproximadamente el mismo tamaño (una vez más, representado como una distribución de probabilidad) sin perder su energía como en un modelo clásico de Bohr.
A partir de estas afirmaciones y sus variaciones, que incluyen la relatividad especial en los cálculos, surgen varios fenómenos cuánticos que no tienen equivalente en las teorías clásicas. Sin embargo, las mismas leyes de la naturaleza (como la conservación del momento, la energía …) se aplican a las descripciones clásicas y cuánticas del mundo, por lo que en un límite donde estas propiedades de longitud de onda de las partículas no se tienen en cuenta, ambas imágenes deben ser más o menos de acuerdo.

Hay tres tipos de física. Clásica, relativista y cuántica.

La esencia de la física clásica es que el tiempo y el espacio son parámetros independientes y consistentes (cosas por las que se miden otras cosas) para todos los observadores, y que puede tener mediciones precisas sin importar quién las tome o de dónde las tome.

La esencia de la física relativista es que el espacio y el tiempo son parte del mismo “espacio-tiempo”. No son independientes del observador. Un observador puede ver “10 segundos” y “10 centímetros”, el otro observador puede ver “9 segundos” y “11 centímetros”, y ambos estarían en lo correcto.

Lo único en lo que pueden estar de acuerdo, en términos de una relación entre el espacio y el tiempo, es que la velocidad de la luz (y la gravedad) es la misma para todos los observadores. TODO lo demás es relativo el uno al otro.

La esencia de la física cuántica es AMBOS que no hay “precisión” en ninguna “medición” Y que todo tiene que ser “medido” en “cuantos” – una cantidad entera de una referencia.

Esto significa que para cada “observador” hay una “probabilidad” de la “cantidad precisa” que se está midiendo. No hay certeza en NADA.

Los dos juntos significan que “todo es relativo, nada es exacto”, lo que va en contra de lo que esperan todas las demás ciencias.

Pero la verdad es que todas las demás ciencias pueden aprender algo de esto. Tomemos, por ejemplo, la pregunta de biología “pollo o huevo”.

El punto de vista RELATIVO ayuda a comprender cómo “especie” es un término INEXACTO.

El dinosaurio terópodo que “parecía un pollo” puso huevos que produjeron polluelos que se volvieron aún más “como un pollo”.

El antepasado del pollo moderno de hace 65 millones de años es “relativamente hablando”, no un “pollo”.

Los polluelos producidos por un pollo moderno no son “exactamente iguales” que sus padres.

Una de las cosas interesantes sobre la “magia” de la nueva física, es que una vez que la entiendes, no es difícil de entender en absoluto. Lo que debe recordar es que para “comprender” la nueva ciencia, debe definir las “nuevas palabras”.

Y en ciencia, el “lenguaje” es matemático. Es en la relación matemática que “entendemos” cosas que son demasiado “grandes” (relativistas) o “pequeñas” (cuánticas) para comprender con meras “palabras”.

En otras palabras, el “átomo” no existe en la forma en que la mayoría de la gente piensa hoy. Siempre ha existido como la idea “filosófica” desde que los griegos concluyeron que tenía que existir, y existe como un “modelo” simplificado en el que podemos basar relaciones matemáticas más complicadas.

Antes de responder directamente a la pregunta, quiero dar un poco de antecedentes sobre el estado mental que debe tener para ver la mecánica cuántica.

En mi primera clase de mecánica cuántica en UCLA, física 115a, el profesor entra, saluda a todos y comienza diciendo lo siguiente:

“Entonces, aquí está tu intuición, tómala.

Lo sostiene en su mano.

Si quieres hacerlo bien en esta clase.

Pausa dramática.

Tíralo a la basura “.

En pocas palabras, para mí, es el núcleo de la diferencia entre lo cuántico y lo clásico.

Toda nuestra vida hemos sido entrenados para pensar en nuestra intuición en términos de cómo se relaciona con nuestras experiencias. Por ejemplo, usted comprende por qué debería usar el cinturón de seguridad debido a la acción-reacción. Entiendes la física detrás de un tira y afloja.

En resumen, usted comprende el mundo tal como es, y comenzó, con el tiempo, a esperar resultados razonables porque sabe que las cosas están definidas por la naturaleza determinista de la mecánica clásica. Dame una posición, dame tiempo y aceleración, y sé dónde estarás después de un período de tiempo.

La misma lógica no es válida en la mecánica cuántica. Puede conocer una u otra, pero no ambas cantidades al mismo tiempo. Siempre sentí esto de una manera bastante filosófica sobre cómo funciona el mundo. No todo está bien definido, no todo se puede saber con precisión; tantos intangibles, tantas partes móviles.

Ahora, a decir verdad, es cuántico el que realmente tiene razón. Clásico es una aproximación cuántica para objetos grandes, de una manera muy extraña. Es decir, cuántico podría usarse para describir la física clásica, no hay problema, pero lo contrario no es cierto.

No deseo tener problemas con la física. Personalmente, todavía estoy molesto por los experimentos con doble luz. Pero sí quiero llamar a un tema a casa: el estado mental que tienes que entender al estudiar uno u otro; Esto es bastante especial para el cuanto, ya que estás predispuesto hacia lo clásico porque es el que mejor se adapta a la vida diaria.

Es decir, cuando estoy en clase, sé que siempre hay un “pero”, como por ejemplo, ¿sabías que en cuántica, es posible obtener un resultado del producto cruzado del momento angular para sí mismo y obtener el vector de momento angular nuevamente ajustado por constantes?

Si sabes matemáticas básicas, verás por qué eso puede ser desconcertante. Sin embargo, si lo trabaja, verá por qué funciona y la importancia en la física del sistema que puede estar estudiando, actualmente el átomo de hidrógeno.

Una vez más, otra sorpresa para mi intuición. ¡Solo tendrás que acostumbrarte! ¡Buena suerte!

tl; dr: la diferencia es que su intuición probablemente no funcionará para cuántica porque está sesgada hacia la experiencia clásica desde la cotidiana. Uno es de naturaleza determinista y el otro impulsa gran parte de su empuje para aceptar la incertidumbre como una característica central de la explicación de fenómenos (como túneles, enredos, etc.). Para entender cuanto más tarde, abandonas lo que sabes que es verdad y adoptas ese hecho.

Y lo siento si hay algunas cosas que pueden ser falsas. Sé que hay profesores de física por aquí, y bueno, quiero disculparme por cualquier inexactitud. Sin embargo, espero que el mensaje principal de esta publicación sea cierto.