Si tuvieras que enseñarte física cuántica a tu edad actual, ¿por dónde empezarías?

Depende mucho de dónde empiezas y a dónde quieres llegar. Estos tres viajes son muy diferentes:

Viaje 1: Comenzando desde poco más que álgebra básica en matemáticas y deseando poder resolver el átomo de hidrógeno, pero también una buena base para avanzar si quiero

Viaje 2: a partir de una buena comprensión de los espacios vectoriales, y con ganas de llegar a una discusión filosófica sobre la importancia de la dependencia del observador en los recuentos de partículas en la teoría cuántica de campos.

Viaje 3: a partir de las matemáticas de la escuela secundaria, con ganas de participar en las presentaciones de ciencia popular de los “misterios” de QM.

Estos son tres viajes muy diferentes. Todo posible, pero muy diferente. Asumiré que te refieres a algo como el viaje 1.

Afortunadamente, este es el viaje que los estudiantes de física realizan en algún momento entre la adolescencia y los 20 años. Y si recuerdas qué otro tipo de basura te estaba sucediendo entonces, sabes que esto debe ser posible a cualquier edad.

Entonces, comience con las matemáticas. Necesita aprender cálculo, números complejos, álgebra lineal / espacios vectoriales y obtener una comprensión decente de las ecuaciones diferenciales. Los primeros pasos deben estar cubiertos en cualquier buen libro de texto de matemáticas de secundaria. Regrese tan lejos como lo necesite y recuérdelo. Entonces, algo como los Métodos matemáticos de Mary Boas en Ciencias físicas te ayudará rápidamente a obtener el resto del camino.

Ahora ya tiene la mayoría de las herramientas que necesita para un control de calidad básico no relativista. La pregunta entonces es si te sumerges directamente en QM o si tomas un enfoque medido. Los adolescentes se zambullen directamente.

Y zambullirse es fácil. Recoja una copia de la Introducción a la mecánica cuántica de David Griffiths . Es una gran exposición del enfoque estándar y lo refrescará con los bits de álgebra lineal. Si desea ampliar a partir de esa base, me gusta Sakurai Modern Quantum Mechanics . ¡Estas ahí!

Pero en retrospectiva, haría algo un poco diferente y tomaría un enfoque más medido. Al menos me refrescaría en otras tres áreas de la física primero:

  1. Mecánica clásica a través del enfoque lagrangiano y hamiltoniano: por ejemplo, las notas de la conferencia de John Baez: http://math.ucr.edu/home/baez/cl…
  2. Electrodinámica: David Griffiths tiene un gran libro de texto aquí también Introducción a la Electrodinámica .
  3. Mecánica estadística: David Chandler Introducción a la mecánica estadística moderna .

Solo después de sumergirme en esas tres áreas y obtener una comprensión decente de los enfoques generales, respiraría profundamente y entraría en QM.

¿Por qué estoy mencionando esta diversión, que está muy lejos del camino crítico? Es porque si te sumerges directamente en QM, el enfoque te golpea en la cara y te preguntas de dónde vino. Peor aún, estaba la mecánica de onda, el enfoque matricial, que parecía bastante cercano a la notación de Dirac, pero no está claro cuáles eran realmente las conexiones …

Los estudiantes universitarios no preguntan: tienen exámenes para aprobar, pero si su motivación es entender cómo funciona el mundo, estas preguntas son las más importantes. La mecánica cuántica tiene conexiones con otras áreas de la física, y especialmente con estas tres áreas, estudiarlas te ayuda a ver esas conexiones.

Comenzaría tomando cursos MOOC sobre mecánica cuántica. La serie 8.05 de cursos de MITx sobre mecánica cuántica, aunque no es apta para cardíacos, es simplemente excelente.

El nivel y la cantidad de trabajo y exámenes no deben tomarse a la ligera. Si dedica suficiente tiempo y esfuerzo a ello, sigue de cerca las conferencias y tutoriales, y está dispuesto a estudiar e investigar temas por su cuenta, aprenderá Física Cuántica de una manera más accesible que directamente “del libro”, y estará bien preparado para continuar aprendiendo por su cuenta.

  • Dominando la Mecánica Cuántica Parte 1: Mecánica de Ondas
  • Dominando la Mecánica Cuántica Parte 2: Dinámica Cuántica
  • Dominando la Mecánica Cuántica Parte 3: Enredo y Momento Angular

La teoría cuántica es un texto estándar (pero antiguo) de David Bohm. Sería un punto de partida. ” Este magnífico texto de David Bohm, ex profesor de la Universidad de Princeton y profesor emérito de física teórica en el Birkbeck College de la Universidad de Londres, ofrece una formulación de la teoría cuántica en términos de conceptos cualitativos e imaginativos que han evolucionado más allá de la teoría clásica. presenta las ideas principales de la teoría cuántica esencialmente en términos no matemáticos, las sigue con una amplia gama de aplicaciones específicas que se elaboran con considerable detalle matemático “.

Cosas más recientes como la teoría de campo cuántico podrían esperar a la segunda etapa. A los 81 años todavía estoy buscando una manera de adquirir una comprensión intuitiva de la notación de brackets.

Terminé aprendiendo a la vieja usanza. Fui a conferencias y escribí todo lo que dijo el profesor cuántico, incluso si no tenía ningún sentido para mí. Luego volví a mi dormitorio, revisé mis notas con el libro de texto frente a mí, las reescribí y luego intenté resolver uno o dos problemas de tarea.

La mayoría de las veces, ni siquiera sabría cómo comenzar los problemas, por lo que volvería a mis notas, volvería a leer las secciones relevantes del libro de texto y luego volvería a tratar los problemas de tarea. Cuando fallaba el segundo intento, les enviaba un mensaje de texto a mis compañeros de clase preguntándoles si sabían lo que estaba pasando. Después de admitir que tampoco tenían idea de cómo resolver los problemas, acordamos encontrarnos y rebotar ideas (a medias) entre sí.

Ahora que estoy fuera de la escuela, si tuviera que aprender cuántica desde cero, probablemente seguiría las conferencias del curso abierto del MIT (Allan Adams es un profesor maravilloso), y tal vez recogería una copia del libro de texto de Griffith para seguir. La clave es luchar con los conjuntos de problemas. Por experiencia personal, esa es la única forma de aprender algo como la mecánica cuántica.

¿Dónde comenzaría * I *? Definitivamente, mi enfoque favorito y probado es ir a Amazon para obtener ideas sobre libros introductorios (ver las respuestas de John Bailey y Stuart Baran para ideas, pero ciertamente buscando “Introducción” en el título) + leer una página en Wikipedia, seguido de perseguir enlaces a otras páginas que captan mi interés + preguntas sobre Quora cada vez que necesito un tutor en línea para ayudarme a superar un parche pegajoso).

Mientras tanto, también leí la revista New Scientist detenidamente cada semana, para mantenerme informado de lo que es nuevo y emocionante en un amplio espectro de campos de la ciencia y la ingeniería.

¡Buena suerte al encontrar la combinación de enfoques que es ideal para ti!

Las conferencias de Feynman.

Es lo que me interesó entonces y todavía funcionaría ahora.

A dónde iría desde allí, por otro lado, probablemente sea muy diferente hoy que entonces. Desde entonces, se ha realizado una gran cantidad de trabajo en el campo y, más concretamente, algunos de los libros más comprensibles sobre física cuántica se han escrito de manera relativamente reciente.

Ahora que lo pienso, mi segunda parada después de Feynman hoy probablemente sería Internet y recursos como OCW, edX, arXiv, y sí … Quora. Aquí hay algunos físicos brillantes, y algunos de ellos también son educadores brillantes. Explican cosas complejas simple y bien. Estos son recursos que ni siquiera podría haber imaginado en mi juventud, y yo era fanático de la ciencia ficción desde cuarto grado.

Sí, y aquí es donde comenzaría

Gerard ‘t Hooft, la física teórica como desafío

“Este es un sitio web para jóvenes estudiantes, y para cualquier otra persona, que estén (como yo) emocionados por los desafíos planteados por la ciencia real y que, como yo, estén decididos a usar sus cerebros para descubrir cosas nuevas sobre el mundo físico que estamos viviendo en. En resumen, es para todos aquellos que decidieron estudiar física teórica, en su propio tiempo “.

Hooft es un destacado físico que enloqueció el sitio por esta misma razón.

Terminé aquí buscando una respuesta sobre la hidrodinámica cuántica.

Esto es un poco como preguntar qué haría si pudiera volver a tener 18 años y saber lo que sé ahora. Si tuviera 18 años y supiera lo que sé ahora, no sería YO; entonces es imposible dar una respuesta seria. De manera similar, tratando de imaginar ser de mi edad y no haber pasado el último medio siglo pensando (de vez en cuando) sobre QM.

Si de repente tuviera todos mis recuerdos sobre QM borrados (lo que probablemente llegue pronto) y no pudiera encontrar satisfacción en las otras cosas que he aprendido, supongo que comenzaría con el Volumen III de las Feynman Lectures on Physics.

A mi edad, comenzaba leyendo todo lo que podía en línea y obtenía las matemáticas que podía aprender de las mejores fuentes que podía aprovechar. Como estoy retirado, podría ir a la escuela, pero mi cerebro ya no aprende tan rápido como antes, por lo que tendría que encontrar un foro educativo adaptado a las personas mayores. Probablemente viviré los doce años necesarios para aprender los conceptos básicos de la teoría cuántica, pero dudo que alguna vez lo domine hasta el punto de que sería ‘una voz’ en el debate interminable que es la física.

No pude llegar a mi conferencia sobre cuántica hace unos días, así que voy a tener que enseñarla a mí mismo. Probablemente leeré el capítulo de introducción a la mecánica cuántica y luego probaré el conjunto de tareas con las soluciones frente a mí.

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