¿Qué es la física cuántica en los términos más profanos?

La física cuántica en términos simples es física de partículas muy pequeñas y extremadamente pequeñas. Estas partículas son bloques de construcción fundamentales de nuestro universo. En este ámbito, las leyes de la física son algo diferentes. Por lo tanto, puede parecer espeluznante para algunos y no una ciencia para otros.

– Dualidad onda-partícula. Cada partícula (grande o pequeña) tiene propiedades de onda y partículas. El fotón es una onda y también es una partícula. Del mismo modo, el electrón también tiene propiedades de onda y partículas. Más grande la partícula, menos visibles son las propiedades de onda.

– Principio de incertidumbre. Para las partículas en el ámbito de la física cuántica, uno no puede determinar la posición y el momento simultáneamente. Cuanto más intente determinar su posición precisa, más incierto será su impulso y viceversa. Por lo tanto, las partículas se refieren generalmente en términos de “probabilidad”. Por lo tanto, la partícula se considera turbia y la partícula tendrá una probabilidad diferente de ocurrencia dentro de esta nube. Esto se describe como “función de onda” que proporciona valores probabilitísticos. Las ecuaciones de Schrödinger son una de las funciones famosas.

– Números cuánticos: hay algunas “constantes” en la función mencionada anteriormente. Estos se llaman números cuánticos. Cada tipo de partícula tiene un número cuántico único y distinto. No hay dos partículas que puedan tener el mismo número cuántico. Definen el nivel de energía (como el nivel de energía del modelo de electrones Bhor), el momento angular, el impacto del campo magnético y el giro de las partículas.

Entrelazamiento cuántico. Debe haber oído hablar de Einstein que dice acción espeluznante a distancia. Se refería a esto.

Parece que 2 o más partículas están correlacionadas de alguna manera que el resultado de una afecta instantáneamente a otra. Esto sucede rápido, realmente rápido, incluso más rápido que la velocidad de la luz, es decir, al instante. Puede suceder a través de grandes distancias, incluso separadas por muchos kilómetros de distancia. Esto ha sido probado muchas veces.

La física cuántica tiene muchas ramas secundarias. Es posible que haya oído hablar de la partícula Ie God de Higg. Esto proviene de la teoría cuántica de campos y su modelo estándar. El “modelo estándar” es como una tabla periódica de física cuántica.

He tratado de dar un resumen sobre qué esperar en la física cuántica. Es vasto y la gente ha pasado toda su vida aprendiendo una rama dentro de esto. Espero que esto ayude.

A pesar de que parece que los objetos están en lugares definidos, cuando llegamos a objetos ridículamente pequeños (como electrones), parecen no estar en ningún lugar. Al principio, podrías pensar que es tu instrumento el que simplemente no puede medir eso con precisión, pero resulta que no lo es. TODO parece ser brumoso “nubes” de probabilidad que interactúan entre sí. Hoy en día, los físicos han probado esto hasta el agotamiento y lo que encuentran es que es cierto.

Por ejemplo: si disparas electrones a través de una pequeña ranura, se dispersan por el otro lado. Puede pensar que están interactuando con los lados de la ranura de una manera que los hace ir hacia la izquierda o hacia la derecha de esa manera, pero si ejecuta los números, funciona mucho mejor si considera los electrones como ondas mecánicas cuánticas.

Filosóficamente, es difícil entender qué significa que el objeto no sea exacto, que exista en un lugar conocido, pero los científicos creen en lo que está probado , no en lo que parece correcto, y la comunidad científica moderna está de acuerdo en que la mecánica cuántica tiene pruebas mucho mejores que es correcto que cualquier otra teoría

Perdón por los puntos extra. Aparentemente no puedes usar saltos de párrafo en una lista.

Hay algunas ideas clave en la mecánica cuántica:

1. Valores físicos cuantizados (como energía)

1. Como ejemplo, considere el caso de un átomo de hidrógeno. El electrón que está unido al protón tiene algo de energía asociada con su movimiento. La mecánica cuántica predice que la energía del electrón solo puede ser ciertos valores, en lugar de cualquier valor posible. Simplísticamente, el electrón puede tener una energía de enlace de 13.6 eV o 3.4 eV, pero no puede tener una energía entre estos dos valores. Esto está en contraste con el supuesto clásico de que cualquier cantidad (energía) podría establecerse en cualquier valor deseado.
2. Evidencias clave para esta idea: experimento de Stern-Gerlach, espectro de emisión de hidrógeno.

1. Las propiedades mecánicas cuánticas se describen mediante una función de onda. Esta función de onda es esencialmente una distribución de probabilidad que da la probabilidad de que el objeto (electrón, por ejemplo) tenga el valor especificado para la propiedad en cuestión. Además, estas funciones de onda parecen tener implicaciones físicas reales más allá de solo describir nuestro conocimiento de una partícula, ya que parecen ser capaces de interactuar (entre sí o incluso con ellas mismas) con consecuencias físicas reales. Por ejemplo, si pongo un electrón de baja energía en una caja, esperaría clásicamente que permanezca en la caja ya que su energía es demasiado baja para poder atravesar el costado de la caja. Describir el electrón como una función de onda revela que existe una probabilidad finita, distinta de cero, de que, sin embargo, descubra que la partícula se ha escapado de la caja al “hacer un túnel” a través de la pared y esencialmente solo aparece fuera de la caja.
2. Evidencias clave para esta idea: túnel cuántico, experimento de doble rendija de electrones

1. Algunos pares de cantidades tienen la propiedad especial dentro de la mecánica cuántica de que pueden ser conocidos simultáneamente (en principio) con una precisión perfecta, como la energía y el momento de una partícula libre. Algunas otras cantidades no funcionan de esta manera. En cambio, conocer el valor de uno limita la precisión con la que puede conocer al otro, y este es un límite fundamental para la realidad y no simplemente un caso de diseño de mejores equipos. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que la posición y el impulso funcionan de esta manera. La combinación de la incertidumbre de la posición de una partícula y la incertidumbre de su momento nunca puede ser inferior a la constante de Planck, por lo que medir una con mucha precisión significa que conoce a la otra solo de manera muy imprecisa, y medir la otra con mucha precisión destruirá su conocimiento preciso de la primero.
2. Idea clave: principio de incertidumbre de Heisenberg

1. Explicando esto es donde comenzamos a desviarnos en el ámbito de la filosofía en lugar de la física, pero las implicaciones de (2) y (3) nos señalan en la dirección de concluir que la realidad cambia de alguna manera por nuestro acto de observación.
2. Supongamos que midiéramos dos cantidades (posición, momento) unidas por un principio de incertidumbre. Hay un límite en la precisión con la que podemos medir ambos simultáneamente, por lo que vamos a tratar de “vencer” el principio de incertidumbre midiendo primero uno y luego el otro. Primero medimos la posición y encontramos, con un alto grado de precisión, dónde se encuentra la partícula. Como hemos medido esta posición con mucha precisión, tenemos una distribución de probabilidad muy imprecisa que describe el momento de la partícula. A continuación medimos el momento de la partícula con mucha precisión. De acuerdo con el principio de incertidumbre, conocer el momento esto significa precisamente que tenemos una distribución de probabilidad muy imprecisa que describe la posición de la partícula, pero dado que anteriormente sabíamos la posición “exacta” de la partícula, y ahora sabemos su momento “exacto”, creemos que podemos predecir con precisión la posición “exacta” de la partícula en el futuro. Sin embargo, cuando realmente hacemos la medición, encontramos que nuestra predicción “exacta” no es mejor que la posibilidad de localizar correctamente la partícula. Dicho de otra forma, el acto de medir el momento “exacto” destruyó nuestro conocimiento previo (y de la partícula) de su posición “exacta” y, en cambio, forzó a la partícula a un estado en el que su posición se describía en su lugar por esta distribución de probabilidad imprecisa.
3. Confusamente, si tuviéramos que medir la posición “exacta” dos veces seguidas, encontraríamos que las respuestas coincidían exactamente, por lo que de hecho sabemos la posición “exacta” de la partícula. Es solo una vez que medimos un “observable incompatible” (como el impulso) que destruimos el conocimiento previo de la partícula de su posición
4. Este tipo de cosas suceden por todos lados en la mecánica cuántica. Por ejemplo, hay experimentos simples que se pueden hacer para mostrar que aproximadamente el 50% de las partículas que giraban en el sentido de las agujas del reloj ahora giran en sentido contrario, incluso si el experimento en sí no altera la dirección de rotación. Si polarizamos la luz de cierta manera, podemos idear experimentos que muestren que hasta el 100% de esa luz está polarizada perpendicularmente, cuando la idea de la luz polarizada es que polarizarla de una manera significa que nada de eso está polarizada perpendicularmente.
5. Evidencias clave: paradoja de la polarización de la luz, experimento de Stern-Gerlach

A2A

Como señalan las respuestas existentes, QM es el estudio del fenómeno atómico. De hecho, debo decir que las leyes de QM son válidas incluso para objetos macroscópicos como el queso y un elefante. La diferencia es que para los objetos cuánticos * se pueden observar efectos como la dualidad onda-partícula que anteriormente estaba oculta a la vista y que al principio parece contradictoria. También te enfrentas a la relación de incertidumbre que establece que nunca puedes identificar una partícula en el espacio con la máxima precisión, ya que estás acostumbrado a decir que este libro está sobre la mesa aquí en la vida diaria. Obviamente surge de la dualidad onda partícula nuevamente. Las matemáticas te llevan al principio de incertidumbre una vez que entiendes cómo se realizan los experimentos. Para calcular el “error” en su experimento, primero descubra las desviaciones estándar. Después de muchos cálculos de una determinada propiedad, encuentra que el valor oscila alrededor de alguna media. Ese es el “valor esperado”. La desviación estándar es el error que encuentra. No importa cuán suavemente realice el experimento, siempre hay una desviación estándar positiva para cualquiera de las dos propiedades conjugadas canónicas. Toda la mecánica cuántica no relativista trata de encontrar una partícula “promedio” o posición “aproximada”, impulso, etc. Le sugiero encarecidamente que comience a estudiar un buen libro introductorio sobre QM si desea obtener más información.

El nombre tiene un carácter cuántico, por lo que podemos suponer que todo comenzó cuando Planck descubrió la naturaleza cuántica de la luz. Él demostró que la luz viaja en forma de haces de energía o ‘quantas’ o ‘fotones’. Este descubrimiento resultó ser uno de los más grandes en la historia de los desarrollos científicos. Usando su teoría, Einstein podría explicar el efecto fotoeléctrico (utilizado en muchos otros descubrimientos e inventos) y Bohr podría explicar su modelo de un átomo.

Sin embargo, Young y Fresnel habían demostrado mucho antes que la luz era una onda usando experimentos que involucraban interferencia y difracción. En este punto, los científicos se volvieron locos y comenzaron a cuestionar la ciencia misma. Luego vino de-Brogile y dijo que la luz es una onda y tiene partículas constituyentes. No solo eso, afirmó que cada partícula lo suficientemente pequeña puede comportarse como una onda. Gregor y Mardsen incluso probaron que el electrón (que obviamente es una partícula) podría interferir y, por lo tanto, podría comportarse como una onda.

Por lo tanto, se aceptó que estas pequeñas partículas se comportan como una partícula y una onda y se hicieron / hicieron más modelos de átomos y otros descubrimientos / inventos al usarlo.

Entonces, para resumir, el campo comenzó abrazando la idea de que la luz y otras ondas electromagnéticas se propagan en forma de partículas (de ahí el nombre cuántico), pero ahora se ha visto obligado a incluir la naturaleza dual de la luz dentro de ella.

Se le pidió a Richard Feynman que explicara el magnetismo a un laico y pronunció un largo discurso sobre esto. El punto que hizo fue que no hay una buena explicación para los laicos en veneral. Cada explicación tiene que relacionarse con la referencia de conocimiento existente, y la profundidad de una explicación puede ser arbitraria.

Feynman: Imanes de mierda, ¿cómo funcionan? DIVERSIÓN PARA IMAGINAR 4

Hay muchos otros hilos sobre la explicación de la física cuántica, por lo que me referiré a ellos si todavía buscas una buena explicación 🙂

explicar la mecánica cuántica en una oración

[No puedo aceptar la mecánica cuántica porque] “Me gusta pensar que la luna está allí incluso si no la estoy mirando”. – Albert Einstein.

La física cuántica como su nombre lo indica es el estudio de las partículas más pequeñas que tienden a ser las partículas fundamentales del universo.

Para un laico, debes saber que la Luz tiene una naturaleza dual. Actúa como onda y como partícula. Los cuantos de un campo EM se denominan “fotones”.

Lea mi respuesta La respuesta de Himanshu Sharma a ¿Cuáles son las grandes ideas sobre la mecánica cuántica?