Cuando los objetos interactúan, realmente están interactuando a un nivel cuántico. ¿Es posible derivar las aparentes leyes clásicas macroscópicas de la física de la mecánica cuántica? ¿Por qué todo puede explicarse por la teoría de la física cuántica, excepto la gravedad?
Tomémoslo uno por uno.
Cuando los objetos interactúan, realmente están interactuando a un nivel cuántico.
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Con eso, supongo que te refieres a que los objetos macroscópicos siguen leyes de mecánica cuántica que gobiernan su interacción.
Esa no es exactamente la forma correcta de pensarlo. La forma correcta es:
El mundo aquí afuera sigue ciertas leyes. Esas leyes son las leyes de la mecánica cuántica, que no solo describen la interacción de los objetos macroscópicos, sino también cómo se pueden describir . Por ejemplo, dice que nociones como posición, velocidad, energía, momento no pueden asignarse a ningún objeto en todas las circunstancias, sino solo en casos especiales (cuando están en los estados propios respectivos). La verdadera imagen del mundo es la mecánica cuántica, por grande que parezca.
¿Es posible derivar las aparentes leyes clásicas macroscópicas de la física de la mecánica cuántica?
Si Las leyes clásicas están integradas en una forma diferente de pensar sobre la naturaleza, la imagen clásica. Sin embargo, resulta que las leyes precisas de la naturaleza, es decir, las mecánicas cuánticas, cuando se aplican a una gran cantidad de partículas elementales, teniendo en cuenta la forma en que interactúan entre sí (léase: electrones, protones y neutrones para la mayoría de las partículas). cosas que vemos a nuestro alrededor), pueden reproducir muy bien la forma en que vemos el mundo en general. Las nociones clásicas como posición, velocidad, energía, impulso, etc. son prácticamente aplicables, porque las incertidumbres intrínsecas que resultan del mundo de la mecánica cuántica son tan pequeñas que pueden ignorarse. Existe toda una disciplina de la física dedicada al estudio del comportamiento de una gran cantidad de partículas en diversas circunstancias, conocida como física estadística [1].
La física de la materia condensada [2] es una rama que se ocupa de fases complicadas de la materia, y esencialmente trata de resolver el comportamiento de una gran cantidad de partículas en diversas condiciones de temperatura, presión, configuración, etc. Como uno de mis profesores en la escuela de posgrado. señaló, el todo es diferente de una suma de sus partes. [3] Comportamientos interesantes emergen en el llamado “límite termodinámico” que no son reflejos de las partículas compuestas. La física de la materia condensada es un campo de investigación muy activo, tanto por motivos teóricos como experimentales.
¿Por qué todo puede explicarse por la teoría de la física cuántica?
Bueno, ¡ eso es porque el mundo es de mecánica cuántica! Esas son las leyes que sigue la naturaleza.
Resulta que la mecánica cuántica [4] no es suficiente. Debido a que la mecánica cuántica en sí misma tiene un grave defecto fundamental: no se puede extender para incorporar la relatividad. Incluso en el “mundo clásico”, hay evidencia suficiente para sugerir que los principios relativistas, que también explican la gravedad (relatividad general [5]), son notablemente precisos. Describen cómo se transforman las leyes físicas y simplemente no se pueden eliminar. Requieren espacio y tiempo para estar en pie de igualdad. Sin embargo, la mecánica cuántica no trata estas dos nociones así.
Introduzca la teoría del campo cuántico [6]. Conserva las ideas básicas de la mecánica cuántica, pero generaliza matemáticamente el formalismo de manera que el espacio y el tiempo puedan ser tratados de manera similar. Hablamos del espacio-tiempo de la misma manera que hablamos de él en relatividad (a través de la métrica). En el límite no relativista, una teoría de campo cuántico da los mismos resultados que la mecánica cuántica.
En pocas palabras: nuestro objetivo es explicar todo desde una sola teoría. La teoría del campo cuántico es un candidato muy fuerte para eso.
, excepto la gravedad
La relatividad general (actualmente el candidato más aceptado de las teorías de la gravedad, y también el más simple y, por lo tanto, el más bello) es una teoría “clásica” en el sentido de que no es mecánica cuántica. Todavía habla de nociones como energía, impulso, posición, velocidad, etc. Sin embargo, como mencioné anteriormente, la visión mecánica cuántica de la naturaleza no se aferra a estas.
Entonces, lo que hay que hacer es incorporar la relatividad general en una teoría de campo cuántico. Esto es exactamente lo que hacen la teoría de cuerdas [7] (y otras): son teorías cuánticas específicas (que varían en detalles) que generan las ecuaciones relativistas generales como un subproducto, al tiempo que conservan la visión mecánica cuántica del mundo.
Esta es la vanguardia de la investigación actual en física teórica. Sin embargo, llevará algunos años hacer cualquier predicción que pueda verificarse experimentalmente. Los sistemas donde los efectos de las interacciones de alta gravedad y subatómicas se vuelven significativos son los agujeros negros y el universo primitivo.
Notas al pie
[1] Física estadística | Wikiwand
[2] Física de la materia condensada | Wikiwand
[3] Más es diferente
[4] Mecánica cuántica | Wikiwand
[5] Relatividad general | Wikiwand
[6] Teoría del campo cuántico | Wikiwand
[7] Teoría de cuerdas | Wikiwand
