¿Por qué un físico no puede hacer que la física cuántica sea comprensible para la mayoría de las personas?

Max Born, uno de los fundadores de la teoría cuántica moderna, dijo: “En algún lugar de nuestra doctrina acecha una concepción no justificada por ninguna experiencia, que tendrá que ser eliminada para despejar el camino”. Daniel Greenberger lo resumió de manera más concisa. muchos años después: “La mecánica cuántica es mágica”. No estaba completamente equivocado. [*]

Una fracción considerable de las personas que han estudiado seriamente la mecánica cuántica se han convertido en místicos. No es falso, “envíame $ 2.95 y tres tapas de cajas y te enviaré la respuesta al misterio”, artistas místicos o estafadores cuánticos completos de Deepak, pero personas que realmente creen que hay un misterio en el núcleo de nuestra existencia de que nosotros es poco probable que lo resuelvan (aunque eso no impedirá que lo intentemos).

El problema es que la realidad se describe mediante la ecuación de Schrodinger (dejaré de lado la teoría de la relatividad y el campo cuántico, porque complican el problema sin agregar ninguna idea). La ecuación de Schrodinger describe la evolución suave y causal de una función continua, la función de onda, que nunca “colapsa” o “salta” o hace algo por el estilo. Admite múltiples estados contradictorios al mismo tiempo.

De alguna manera, nadie sabe cómo, el mundo clásico surge de esta ecuación. El proceso no es local y acausal. Viola todas nuestras intuiciones, hasta lo que nos complace llamar las “leyes de la lógica”, debido a la no localidad. La ley de no contradicción dice que una cosa no puede ser y no ser la misma cosa en el mismo respeto y al mismo tiempo. La ley de causalidad dice que lo que una cosa es ahora causa lo que hace ahora. Pero para las partículas enredadas (que son todas las partículas que alguna vez han interactuado con algo) no hay un “ahora” definible que pueda usarse para hacer que estas leyes tengan sentido.

Entonces, ¿cómo hablamos de tales cosas? Tenemos un lenguaje matemático que nos permite calcular lo que necesitamos calcular, pero lo hacemos promediando el mundo que no podemos ver ni podemos comprender. Tenemos algunos modelos heurísticos que utilizan diferentes físicos para pensar en las etapas intermedias de los cálculos, pero si logra que un par o tres físicos hablen sobre cómo lo hacen con una cerveza, es probable que obtenga dos o tres (o más) diferentes respuestas No hay una manera consistente de pensar sobre los fenómenos no locales, porque violan los criterios lógicos requeridos para la coherencia.

Es por eso que no podemos hacer que la mecánica cuántica sea comprensible para la mayoría de las personas: reconocemos que hay un misterio en el núcleo de la realidad que realmente no podemos entendernos a nosotros mismos, aunque podemos trabajar con él para proporcionar las respuestas que nos interesan.

[* Editado: originalmente había atribuido incorrectamente la declaración de Greenberger a Born.]

Para empezar, la pregunta no tiene sentido. ¿Estamos hablando de un físico en particular? Si es así, asígneles un nombre, entonces podemos considerar la pregunta. Si no, la pregunta debe reformularse a “¿Por qué los físicos no pueden hacer …”, lo que implica que ningún físico puede explicar la física cuántica lo suficiente, una afirmación que es demostrablemente falsa y, por lo tanto, la pregunta es realmente una falacia. Para cualquiera que crea que no hay ningún físico que pueda, hazte un favor, busca videos con Richard Feynman explicando la mecánica cuántica, está haciendo un trabajo bastante bueno como lo hizo al explicar casi cualquier cosa a la gente común.

Ahora, si la pregunta realmente fuera “¿Por qué es tan difícil para los no físicos entender la física cuántica?”, Esa sería una pregunta genuina y adecuada.

Esa pregunta se puede responder con bastante facilidad.

La física se puede dividir en tres reinos: el de lo muy pequeño, el de lo muy grande y el de cualquier cosa intermedia. Hablando en términos generales, el reino de lo muy pequeño es descrito por la mecánica cuántica, el reino de lo muy grande por la relatividad einsteiniana y el reino de lo intermedio por la mecánica newtoniana.

Nuestros sentidos han evolucionado para experimentar el reino newtoniano. Cuando observamos fenómenos en este ámbito, tenemos experiencia personal previa para relacionar la observación. Como podemos relacionar una observación con otras experiencias anteriores, consideramos que la observación tiene “sentido” y sentimos que la entendemos.

En el reino relativista de Einstein, las cosas se comportan de manera diferente que en el reino newtoniano, pero no tan escandalosamente que no podamos relacionar las observaciones con las experiencias anteriores en el reino newtoniano. Dado que todavía podemos relacionar las observaciones de alguna manera con experiencias previas en el reino newtoniano, todavía consideramos que la observación tiene “sentido”, incluso con un giro y todavía sentimos que podemos entenderla.

Sin embargo, cuando se trata del reino cuántico, las cosas se comportan de manera tan escandalosamente diferente que no solo es imposible relacionarlas con experiencias previas en el reino newtoniano, sino que parecen contradecir todo lo que sabemos de la experiencia en el reino newtoniano. Como no podemos relacionar las observaciones en el reino cuántico con ninguna experiencia y dado que estas observaciones parecen contradecir todas las experiencias que hemos hecho antes, consideramos que “no tienen ningún sentido” y sentimos que no entendemos lo que está sucediendo.

En otras palabras, para comenzar a dar sentido a la mecánica cuántica y comprenderla, primero debemos aceptar que el reino cuántico no tiene absolutamente ningún parecido con el reino newtoniano, es decir, con nuestras experiencias de la vida diaria. Tenemos que aceptar que este es un mundo completamente diferente en el que se aplican leyes completamente diferentes que parecen ir en contra de las leyes que conocemos.

Los físicos que trabajan en el reino cuántico han aprendido a realizar este cambio de contexto y aceptan que no hay semejanza entre las observaciones en el reino cuántico y las experiencias en el reino newtoniano. Al hacerlo, pueden trabajar dentro del reino cuántico sin prejuicios y esto les permite “dar sentido” y comprender la mecánica cuántica.

Los no físicos generalmente no realizan este cambio de contexto y, por lo tanto, intentan dar sentido a la mecánica cuántica tratando de relacionar las observaciones con sus experiencias diarias, es decir, las observaciones en el reino newtoniano. Sin embargo, dado que estos reinos no pueden relacionarse entre sí, cualquier intento de este tipo es inútil y esto conduce a la confusión y el deslumbramiento.

Un buen físico comunicador como Richard Feynman explica el mundo cuántico a los no físicos al dejar en claro que no se puede establecer tal relación entre el mundo cuántico y el mundo newtoniano y que uno simplemente debe aceptar que las reglas en ambos reinos son completamente diferentes.

La física cuántica surgió cuando los experimentadores comenzaron a observar comportamientos que parecen desafiar la lógica. Por ejemplo, el comportamiento de la luz en el experimento de doble rendija en el que la luz se comporta como una onda y una partícula. Otros experimentos comenzaron a mostrar que los electrones solo pueden existir a niveles específicos de energía dentro de un átomo, y así fue. A medida que todo esto sucedía, algunas personas muy muy brillantes comenzaron a desarrollar un modelo matemático para describir los comportamientos aparentemente extraños y usarlo para hacer predicciones. Cuando los científicos probaron esas predicciones, descubrieron que el modelo matemático era asombrosamente correcto.

Así que me gusta pensar que la mecánica cuántica es una matemática que puede usarse para predecir comportamientos a nivel subatómico que a veces están completamente en desacuerdo con la forma en que pensamos que deberían comportarse las cosas. Si desea poder comprender la mecánica cuántica en detalle y hacer predicciones utilizando ese modelo matemático, primero necesita una comprensión profunda del álgebra y el cálculo. Luego, debe leer mucho y comprender esas ecuaciones. Confieso de inmediato que mi comprensión está por debajo del promedio.

También debe comprender que, al igual que el modelo matemático utilizado en la física newtoniana, llegará un momento en que el modelo se encontrará con comportamientos que desafían sus predicciones, y un nuevo modelo, y esperamos que evolucione un modelo más completo.

Esta pregunta es demasiado vaga para dar una respuesta completa. Depende de lo que quiere decir con “comprender”, la amplitud y profundidad de comprensión que espera, cuánto esfuerzo está dispuesto a poner, y así sucesivamente.

Creo que un físico puede hacer que la física cuántica sea comprensible para la mayoría de las personas, si realmente quieres entender. La advertencia es que este proceso comenzaría con el físico enseñándole cálculo y álgebra lineal. Si no estás dispuesto a aprender, entonces la culpa es tuya, no del físico.

Por otro lado, hay muchos aspectos de la física cuántica que simplemente no se pueden explicar rápidamente a alguien que no conoce los “requisitos previos”. Pero, ¿cómo hace eso que la física cuántica sea diferente de cualquier otro tema avanzado?

Respuesta corta: podemos. Es la “mayoría de la gente” que no está dispuesta a aprender.

También podría preguntar: “¿Por qué la mayoría de los bebés no pueden caminar?” Y la respuesta sería: bueno, pueden hacerlo si les da algo de tiempo y práctica.

Creo que la mayoría de la gente podría entender la mecánica cuántica, pero no leyendo una respuesta quora. Si toma algunas clases de matemáticas y algunas clases de física, después de unos años tendrá una “comprensión de pregrado”. Si continúa, tendrá una “comprensión de los estudiantes de posgrado”. Si hace una investigación real (incluso podría ser solo un modelo computacional), entonces tendrá una “comprensión práctica del significado” (este es aproximadamente el nivel en el que estoy). Si pasas años enseñando los conceptos a otros, diseñando experimentos, creando modelos matemáticos, etc., tendrás una “comprensión experta” (enseño astronomía en la escuela secundaria, así que probablemente no llegue a este nivel en el corto plazo).

La mayoría de la gente podría hacer esto. No creo que se requiera una inteligencia superior a la media para lograr un modesto plan de estudios de pregrado o posgrado en física si se pone a trabajar. De hecho, puede hacerlo mejor que alguien con una inteligencia superior, ya que estará más dispuesto a pedir ayuda y tendrá más experiencia luchando para comprender los temas.

Entonces, la razón por la que un ” físico no puede hacer que la física cuántica sea comprensible para la mayoría de las personas” es porque la mayoría de las personas no quieren tomarse el tiempo necesario para practicar y aprender los conceptos necesarios para aprender la mecánica cuántica. Lo cual está totalmente bien. Pero solo porque requiere esta cantidad de esfuerzo no significa que la mayoría de los físicos no puedan enseñarlo a la mayoría de las personas. Diría que todos los físicos con una comprensión experta podrían enseñar a todas las personas de inteligencia promedio o mayor (con tiempo suficiente) los conceptos de mecánica cuántica. Muchos con conocimientos prácticos también podrían enseñar estos conceptos si también son expertos en la enseñanza.

Las 17 respuestas (a partir de hoy) se centran en las dificultades de la relatividad y la mecánica cuántica, pero ninguna de ellas menciona la única teoría que sí tiene sentido y es comprensible para la mayoría de las personas. Qué tragedia que esta teoría haya sido tan pasada por alto o mal entendida. Me refiero a la teoría del campo cuántico, en su verdadero significado de “sin partículas, solo campos”. Para citar el Prefacio de mi libro (que se puede leer gratis en Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos):
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Como estudiante graduado, asistí a una serie de conferencias de tres años en la Universidad de Harvard por Julian Schwinger. No solo las matemáticas eran elegantes, sino que el concepto filosófico de un mundo hecho de propiedades del espacio me pareció mucho más satisfactorio que las misteriosas partículas de Eddington. Me sorprendió y me encantó ver cómo todas las paradojas de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica que había encontrado antes tan desconcertantes desaparecieron o se resolvieron … Cuando leí que él [Joseph Heller] trató de comprender la mecánica cuántica y tuvo que renunciar, Sabía que algo andaba mal. Entonces decidí escribir un libro … Este libro es mi intento de traer al público la misma sensación de satisfacción que sentí en los cursos de Schwinger y disipar las paradojas de la física que impiden que tanta gente entienda el mundo natural.
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No escribí este libro para ganar dinero; de hecho, estoy poniendo mucho dinero en ello, porque creo que es importante que la gente finalmente se dé cuenta de que existe una teoría que suplantó la QM y es comprensible. La misma pregunta anterior, y las 17 respuestas, dan testimonio de la necesidad de esto. Entonces, por favor, Quorans, echen un vistazo a mi libro, lean el Capítulo 1 (que también se puede ver gratis en el sitio web anterior) y, como siempre digo, DESPERTEN Y HUELEN LOS CAMPOS.

Hice todo lo posible para hacerlo (ver la respuesta de Drew Henry a ¿Qué es la mecánica cuántica?). Sin embargo, la mecánica cuántica es un tema complicado con prerrequisitos matemáticos y físicos pesados ​​y, además, es muy contraintuitivo.

Una de las principales características de la mecánica cuántica que lo distingue de la mecánica clásica es la dualidad onda-partícula. Inmediatamente esto plantea un problema porque la mayoría de los no físicos no están familiarizados con las definiciones de ondas y partículas y cuál es el significado de que las partículas sean ondas y las ondas sean partículas. Incluso si puede cubrir todos los requisitos previos en su explicación de la mecánica cuántica, todavía tiene que superar la contra intuición con la que incluso los mayores de física luchan.

“¿Entonces los electrones son ondas y producen patrones de interferencia?”
“Si.”
“Pero si los miras antes de que pasen por la rendija, ¿no?”
“Si.”
“¿Qué pasa si envías un electrón a la vez y no lo miras?”
“Entonces todavía produce un patrón de interferencia”.
“???”

Vivimos en el enorme y vasto universo. Sin embargo, nuestros sentidos, nuestra conexión con el universo se limita a cinco sentidos físicos. Desde muy joven se nos enseña sobre artículos concretos y se nos dedica a examinar el mundo desde un punto de vista concreto. Vivimos en una sociedad que vive, respira, duerme y habla sobre materialismo científico donde conocemos, estudiamos y entendemos lo concreto. Excepto por algunas emociones, no se nos enseña sobre la realidad subjetiva. Las escuelas no enseñan a las personas cómo abordar lo incognoscible. La sociedad no quiere enfrentar la realidad subjetiva, esa realidad que no puedes tocar, pesar, medir, escanear o evaluar.

La sociedad está en una gran negación sobre la realidad subjetiva. Sin embargo, eso es todo lo que existe en lo que respecta a las personas. Cada entrada sensorial se convierte en señales que el cerebro, a través de su interpretación subjetiva, evalúa como una realidad concreta. Sin embargo, no podemos demostrar que lo que toco me parece lo mismo que a ti. Decimos que algo es suave o áspero, o caliente o frío, pero eso es solo nuestro cerebro interpretando los nervios disparando y enviando información al cerebro.

Entonces, ¿qué sucede cuando te ves obligado a enfrentar algo que no se puede medir, pesar, tocar, probar, ver o interactuar con esa cosa? Hago eso todos los días mientras escribo software. No puedo tocar, ver, pesar, oler, probar o interactuar físicamente con el software. Puedo imprimir una lista, pero eso es solo un modelo del software, no es el software en sí. Puedo ver los resultados en la pantalla, por eso tampoco es el software, es el software que interactúa con su entorno físico. El software es un elemento completamente subjetivo que requiere que los ingenieros de software descubran cómo convertir esa realidad subjetiva en algo que pueda comunicarse a otros ingenieros para que los resultados sean lo que queremos.

Los buenos ingenieros de software son “raros”. Se llaman nerds o geeks. Ven y se acercan al mundo de manera diferente a los demás porque tienen que sumergirse en la realidad subjetiva. Es muy difícil explicar el software y el proceso del software a personas sin esa mentalidad. Por qué las personas piensan que pueden entender un poco sobre software, no lo hacen. Están mapeando lo que ven en la pantalla o lo que imprimen en papel como evidencia objetiva del software. No lo es El software solo puede ser verdaderamente abordado e implementado en la mente, con todas las herramientas y lenguajes de programación como un entorno que nos permite crear un modelo de esa realidad subjetiva. Sí, ese modelo se convierte en algo que se ejecuta en la computadora, pero el modelo no es lo que se ejecuta.

¿Por qué he ido a esta profundidad en el software? Debido a que todos aquí interactúan con el software, tienen al menos una familiaridad pasajera de sus capacidades, y tal vez un poco de comprensión de su misterio. Finalmente llegamos a la respuesta de nuestra pregunta. El mundo cuántico es, en muchos aspectos, solo una realidad subjetiva. Las partículas, los campos y los efectos no se pueden medir, pesar o probar directamente. Intentar hacerlo cambia el ambiente y las partículas en sí.

Los científicos crean un modelo para describir esta realidad subjetiva. El modelo se basa en las matemáticas. No cualquier matemática, sino la más profunda y abstracta de las matemáticas porque lo que describe es profundo y abstracto. La gran mayoría de las personas apenas puede hacer álgebra simple, por lo que el cálculo, las series infinitas y el análisis de probabilidad masiva están listos. Sería como tratar de describir la Mona Lisa o el techo de la Capilla Sixtina a una persona ciega de la vida. No tienen el contexto o el lenguaje para entender la realidad subjetiva que se describe.

No es solo la física cuántica la que se encuentra con este problema. Cuando entras en el extremo más profundo de un tema, te mueves de la realidad objetiva a la realidad subjetiva. Aquellos que están a la vanguardia de su tema, el 5% o 10% superior del mundo, ignoran lo concreto y se meten profundamente para revisar subjetivamente la información, los datos, los pensamientos y los resultados. No importa si se trata de cocina, física, jardinería, pintura, escritura o no. El borde de ataque es de naturaleza subjetiva (hasta que pueda introducirse en el concreto, lo que puede que nunca suceda) y, por lo tanto, es casi imposible de describir a aquellos que no tienen el lenguaje y el contexto para comunicarse a ese nivel subjetivo.

El pintor, el poeta, el escritor, el escultor, el intérprete y el músico intentan llevar una idea subjetiva a una existencia concreta, pero eso es solo una pequeña parte del mundo de personas que hacen ese esfuerzo. Hasta que una persona pueda aprender el idioma y abrir sus cerebros a las ideas, nunca podrá comprender realmente un tema, ya sea física, química, religión o cocina. Oh, las personas pueden trabajar alrededor de los bordes, e incluso PUEDEN CREER que entienden la parte profunda y subjetiva. Pero, sin el lenguaje, los modelos, las vías cerebrales y la motivación, no llegarán del todo.

Al leer esto, parece que estoy diciendo que esto es algo malo. No lo es Vivimos en un mundo concreto y necesitamos interactuar con ese mundo. Si nos desplazamos hacia lo abstracto y lo subjetivo, podemos perder el contacto con lo concreto. Eso lleva a todo tipo de problemas. El concreto es bueno e importante. Sin embargo, sigue habiendo esta barrera entre los dos que es muy difícil de atravesar y es por eso que muchas ciencias e ingeniería no son entendibles por la persona promedio.

El plebeyo moderno tiene un conjunto (generalmente grande) de supuestos básicos que interfieren con el aprendizaje de la mecánica cuántica. Se necesita una buena cantidad de “vaciar su taza” para abrirse a teorías poco intuitivas.

La mecánica cuántica también es tan fundamental que es muy difícil encontrar analogías de la copa ya llena del hombre común. No se puede explicar la mecánica cuántica en términos de la mayoría de las otras cosas, ciertamente no las cosas macroscópicas, porque la mecánica cuántica es la razón por la que esas otras cosas existen y se comportan de la manera en que lo hacen. Es como tratar de construir piezas de lego a partir de construcciones de lego; es decir, condenado al fracaso incluso antes de intentarlo.

QM simplemente es. Estar confundido por esto está bien (¡y probablemente inevitable por algún tiempo!), Siempre y cuando uno nunca olvide que la confusión es un problema propio y no un problema de QM; vea Think Like Reality para una lectura divertida y bastante perspicaz sobre ese tema en particular.

Me gustaría terminar con un recordatorio sobre el peligroso camino de las interpretaciones: una interpretación solo debe usarse como una herramienta para pensar en QM. Una herramienta con características sorprendentes (muchos mundos, información del futuro, mente cuántica, etc.) no significa que el mundo o QM tenga algo que ver con esas características increíbles.

Porque la comprensión requiere un esfuerzo por parte de las personas que aprenden, y la mayoría de las personas no están dispuestas a esforzarse demasiado. Tenga en cuenta que la física cuántica no es especial a este respecto; Cualquier habilidad compleja es la misma.

La gente da por sentado que debería haber una manera de que alguien les explique rápidamente la mecánica cuántica a pesar de que no tienen los requisitos previos más básicos. Si quisiera aprender a jugar al tenis sin antes aprender a caminar, ¿lo consideraría razonable? Para comprender la física cuántica, todo lo que necesita hacer es ir a la universidad durante unos años y trabajar duro en los cursos necesarios (cálculo, álgebra lineal, mecánica clásica y analítica, electromagnetismo y, por supuesto, la mecánica cuántica sería un buen comienzo). ) Eso no es tan diferente de lo que necesita hacer para, por ejemplo, adquirir fluidez en un idioma extranjero.

Gran parte del problema aquí es que las personas no entienden el papel de las matemáticas. La matemática no es solo un adorno en física, no es solo un detalle; Las matemáticas son el lenguaje en el que se expresa la física. Si no habla el idioma, no lo entenderá, aunque pueda vislumbrarlo. En este sentido, puede ser justo decir que la mecánica cuántica es uno de los campos de física menos “traducibles”: realmente necesitas aprender matemáticas para obtenerlo.

Se ha puesto de moda decir que nadie entiende la mecánica cuántica, pero eso simplemente no es cierto. Si bien hay aspectos que todavía se están debatiendo, ese es el caso con muchos otros campos de la física, que van desde la relatividad general hasta la física de la materia condensada. La mecánica cuántica es de hecho una de las teorías más contraintuitivas que tenemos en física, pero eso no hace que no sea comprensible.

Al igual que con Brian Bi, creo que depende de lo que entiendas por “entender”. Algunas de las respuestas se refieren a las dificultades matemáticas, pero eso a su vez depende de lo que entiendas por comprensión. Es posible que Yu pueda comprender las matemáticas y realizar cálculos complejos, pero eso no significa que comprenda la naturaleza porque puede calcular sin saber POR QUÉ las ecuaciones son como son. En este contexto, el formalismo vectorial de estado de Dirac es un gran medio para ordenar los cálculos, pero para mí no hace nada para entender la naturaleza. ¿Por qué no puedes factorizar la función de onda? Si puedes, la paradoja del gato desaparece, y no he visto a nadie explicar eso.

El rompecabezas esencial de la mecánica cuántica, según Feynman, reside en el experimento de 2 rendijas, cuando conoces el camino. ¿Por qué el conocimiento altera el resultado? Sí, hay afirmaciones sobre esto, pero ¿cómo explicas el experimento del borrador cuántico retrasado? (En mi opinión, una variación de este experimento podría eliminar el rompecabezas, pero nunca se hizo).

Otro problema en la comprensión es ¿por qué se cuantifica la acción? Responder eso requiere saber algo sobre la acción, y aquí tenemos un problema porque es la integral de tiempo de Lagrangian, o la variable principal de la ecuación de Hamilton Jacobi, cuyo stand requiere una física razonablemente avanzada antes de que se encuentren. Por lo tanto, debe hacer el trabajo antes de poder abordar el problema.

¿Por qué un físico no puede hacer que la física cuántica sea comprensible para la mayoría de las personas?

Es complicado, pero una gran razón es que los físicos cuánticos renunciaron a tratar de visualizar el mundo cuántico. Hasta ese momento, los físicos siempre habían tratado de crear un modelo que pudiéramos visualizar, como el átomo planetario de Bohr.

Los físicos abandonaron formalmente el modelo físico en la interpretación de Copenhague – Wikipedia

“La interpretación de Copenhague niega que la función de onda proporcione una imagen directamente aprensible de un cuerpo material ordinario o un componente discernible de algo así, o algo más que un concepto teórico”.

Era 1927 y tal vez vieron las aplicaciones de armas y quisieron frenar la difusión de la teoría cuántica, que es esencial para comprender las bombas nucleares.

No eres el único que piensa que la física cuántica es extraña y menos comprensible que la física newtoniana. A Einstein y Schrödinger no les gustó aunque ayudaron a crearlo. El problema con la mecánica cuántica

El enfoque estadístico de la física cuántica es lo que molestó a muchos científicos. Un electrón se describe en la física cuántica como una nube que abarca la probabilidad estadística de interactuar con él allí. Como si la luna se extendiera en función de la probabilidad de golpearla si intentas aterrizar sobre ella.

Si bien esto funciona, muchas personas piensan que las estadísticas podrían haberse aplicado a un modelo determinista. Pero a escalas cuánticas, todo es altamente estadístico debido al principio de incertidumbre de Heisenberg que limita la precisión posible para las mediciones.

Ahí vas. En lugar de esto:

Tenemos esto:

El comportamiento de la física en la escala donde los efectos cuánticos son significativos es extremadamente contraintuitivo para la comprensión de los comportamientos a los que nos hemos acostumbrado durante toda nuestra vida. Podemos escuchar las palabras que describen la física cuántica, incluso se nos puede dar una comprensión de las ecuaciones, pero no podemos aceptarlo.

Dicho esto, ¿cómo hace un físico para que el magnetismo sea comprensible para las personas? El magnetismo es extremadamente bien entendido por los físicos. Han crecido viendo ejemplos de esto en todas partes, desde motores eléctricos hasta anuncios de refrigerador. Las ecuaciones para él (y su fusión con la electricidad y la luz como electromagnetismo) son bien entendidas. Pero imagina a alguien que nunca experimentó magnetismo. ¿Cómo lo haría un físico entendible para una persona así? Incluso si esa persona pudiera entender las ecuaciones, el comportamiento sería contra-intuitivo. ¿Cómo podrían las palabras de un físico hacerlos entender?

Todos los niños crecen hoy aceptando el magnetismo. En unas pocas generaciones habrá niños creciendo para quienes la mecánica cuántica será algo menos intuitiva. Tal vez no verán efectos cuánticos, pero habrá computación cuántica. Y la necesidad de efectos cuánticos para todo, desde la fotosíntesis hasta la electrónica, será más aceptada. Y los superconductores se usarán en todas partes.

Para tales niños habrá una comprensión simple de la mecánica cuántica, como esta:
No hay nada más definido en el mundo que las probabilidades, pero cuando todas esas probabilidades se suman para producir los efectos que vemos en el mundo macro, se crea una ilusión de definición.

De mi canción “Music of Strings”:

Oh, el mundo de los grandes tiene respuestas extrañas: moverse rápido ralentiza los relojes; doblar el espacio hace que las cosas se caigan.
El mundo de los pequeños tiene respuestas extrañas: las probabilidades son lo más definitivo de todo.

Pero las respuestas para un reino con grandes y pequeños no tienen sentido: simplemente están equivocadas …
A menos que las cuerdas vibrantes, dentro de todo, tarareen su canción universal.

Algunos dicen que la música de las esferas mueve y da forma a todo. Pero no: bailamos al son de las cuerdas.
Y hay un pequeño tan pequeño que todo se vuelve difícil de entender. … Intenta ir más pequeño, ¡es lo mismo que ir más grande!

Los fisiólogos no son responsables de la calidad de la educación en ninguna sociedad. Gran parte de cualquier tema, y ​​especialmente la física cuántica, sufre cuando se intenta simplificarlo y reducirlo a conceptos básicos.

La responsabilidad recae finalmente en el adquirente de información para elevar su nivel de comprensión a fin de conciliar adecuadamente la nueva información, ya sea física cuántica, termodinámica o mecánica orbital.

Uno siempre debe buscar mejorar uno mismo. Pregúntese: ¿Cuál es el valor de tener un conocimiento superficial y, probablemente, una falsa comprensión de cualquier tema complejo?

Parece existir esta noción de que si uno puede entender la esencia de algo, entonces el concepto completo está mucho más cerca. En realidad, basar una visión del mundo en una esencia es perjudicial, y a menudo lo aleja de la verdadera comprensión. Desaprender es más desafiante que aprender.

Parafraseando un viejo dicho: Cualquier cosa que valga la pena entender, vale la pena entenderla bien.

Creo que fue Niels Bohr quien dijo: “Cualquiera que no esté profundamente conmocionado por la mecánica cuántica no lo ha entendido”. Muchas personas aquí en Quora trabajan bajo la idea errónea de que los sujetos complejos pueden explicarse con sensatez en 100 palabras o menos. Ese no es el caso con la mayoría de las cosas, y ciertamente no con la mecánica cuántica.

Para comprender realmente la mecánica cuántica, como otros han señalado a continuación, primero debe comprender algo de física, y yo agregaría parte de la historia de la física, para comprender por qué era necesaria una forma diferente de ver el comportamiento de cosas muy pequeñas: cosas como el problema de la radiación del cuerpo negro y la dualidad onda / partícula de la radiación electromagnética. Las matemáticas necesarias para describir la mecánica cuántica son algo más complejas que las que la mayoría de las personas conocen; comienza en el cálculo, donde la mayoría termina.

Una de las cosas que las interpretaciones populares de la mecánica cuántica a menudo se equivocan es la noción de que, de alguna manera, todo es aleatorio. Nada podría estar más lejos de la verdad. Un sistema cuántico es completamente determinista, como un sistema cuántico. La ecuación de onda simplemente continúa evolucionando con el tiempo.

Además, hay algunos problemas profundos en la mecánica cuántica que todavía desconciertan a los físicos. Una es por qué y cómo un sistema cuántico cambia de una distribución de probabilidad continua a un punto medible. La interpretación de Bohr en Copenhague, esa observación desencadena el cambio, no es satisfactoria, como señala Roger Penrose. La física como disciplina se ha atascado en este y otros problemas fundamentales durante muchos años, y el progreso es lento.

Sugeriría a cualquiera que quiera comprender de qué se trata la mecánica cuántica para buscar algo entre el tratamiento popular sin matemática y el tratamiento completo. El camino a la realidad de Penrose ofrece un tratamiento completo de gran parte de la física, pero exige mucho trabajo.

Venimos a este mundo con nuestras percepciones profundamente moldeadas por lo que el mundo que nos rodea quiere decirnos. Quizás es por eso que es tan difícil desalojar una noción existente que prevalece, como por ejemplo la teoría de la evolución a pesar de una montaña de evidencia y todas las complejidades que sirve para responder.

Nada explica esto mejor que la alegoría de las cuevas de Platón [3 minutos]

La mecánica cuántica es así. No se parece en nada a nada que hayamos visto o dicho. Va en contra de todo lo que percibimos como común.

Incluso Albert Einstein, que creía en la teoría, pero buscaba otra forma de “sentido común” para explicar todo lo que se observaba, llamó al enredo cuántico como “acción espeluznante a distancia”. En otro momento, comentó que Dios no juega a los dados con este mundo.

El propio Niels Bohr dijo: “Si la mecánica cuántica no te ha conmocionado profundamente, aún no lo has entendido”.

La teoría básicamente dice que nuestra comprensión de la realidad es una ilusión.

Sentimos contacto, pero casi no tocamos nada

Las partículas atraviesan las barreras como si no existieran

Las partículas se comportan como, err, partículas y ondas.

Las partículas aparecen de la nada y desaparecen y que no existe el espacio vacío

Cuanto menos se diga sobre el enredo cuántico y la acción espeluznante a distancia, mejor

Y sin embargo, sabemos que todo esto es real y existen aplicaciones prácticas de partículas de antimateria como el positrón en aplicaciones como el escáner PET.

Todas las buenas respuestas aquí. Agregaría un poco: las matemáticas son un lenguaje y gran parte de la respuesta de lo que hace que la física cuántica sea lo que es debe describirse y entenderse desde las matemáticas profundas de la disciplina.

Aprender un idioma extranjero no se trata solo de sustituir nuevas palabras extranjeras por sus equivalentes en inglés. Hay un punto de inflexión en el aprendizaje de un idioma en el que se pasa de la memorización más que de memoria a impartir una comprensión de la cultura que lo generó. Uno comienza a pensar en ese idioma y esa experiencia imparte una visión nueva ya menudo inescrutable de esa cultura. Surge una forma no verbal de entender el idioma y la cultura. Por lo tanto, los conceptos de la cultura extranjera pueden entenderse con mayor profundidad que alguien que depende de las traducciones. Piense en ello como capas de comprensión: uno no puede saltar a las capas más altas y profundas de conocer un idioma y una cultura sin poner en práctica las capas fundamentales, lo que debe suceder dentro del nuevo idioma que se está aprendiendo.

Para los novatos, a menudo existe un error fundamental de pensamiento de que las matemáticas son solo una serie de problemas a resolver, con ecuaciones complejas que no son más que versiones salvajemente elaboradas de 2 + 2 = 4. Lo que falta en la comprensión de los novatos es que los practicantes de las matemáticas avanzadas no solo realizan cálculos matemáticos elaborados, sino que en realidad están pensando (y soñando) en el lenguaje profundo, la cultura de las matemáticas, capa por capa. En ese punto, tratar de traducir el mundo de las matemáticas a las palabras en inglés tiende a ser un ejercicio frustrante.

En resumen, gran parte de la naturaleza y la comprensión seria de la física cuántica está bastante atrapada en el lenguaje estratificado de las matemáticas y apenas rinde a los esfuerzos para traducirla. ¡No puedo simplemente comenzar a traducir tal cosa tratando de describir la capa 50 en la que reside!

Tampoco ayuda que la física cuántica sea esencialmente incognoscible.

La mecánica cuántica se ocupa del comportamiento de la materia en un ámbito no accesible a nuestros sentidos. Entonces comprenderlo requiere cuidado y pensamiento. Pero no necesariamente las matemáticas.

Richard Feynman, en sus conferencias publicadas tituladas The Feynman Lectures on Physics, vol. III ( los primeros capítulos) y QED ( para ‘Quantum Electrodynmaics’), ha proporcionado una explicación que cualquier persona puede entender sin tener que pasar por las matemáticas. Pero las conferencias de Feynman necesariamente tomarán tiempo y esfuerzo para leer y digerir.

Una cosa que Feynman no cubre es el fenómeno del enredo cuántico. Para eso recomendaría (como introducción sin matemáticas) el libro Física cuántica: un primer encuentro: interferencia, enredo y realidad de Valerio Scarani.

Recomiendo un libro de David Lindley: “¿A dónde va la rareza ?: Por qué la mecánica cuántica es extraña, pero no tan extraña como crees”. El libro también analiza por qué las reglas de mecánica cuántica no se aplican en las escalas con las que estamos familiarizados. Bueno, con al menos una excepción: la superconductividad es un efecto cuántico.

Tenga en cuenta que este libro no proporciona una comprensión del orden de “Ahora puedo resolver problemas en la dinámica cuántica”, lo que requiere muchas matemáticas. Tampoco nadie puede explicar la mecánica cuántica en términos de cosas con las que estamos familiarizados, o decir por qué el universo funciona de esta manera, o cómo tiene sentido. Pero si uno quiere saber los conceptos básicos de lo que sucede en las escalas donde se aplican las reglas cuánticas, y por qué sabemos que las reglas newtonianas no, este libro proporciona eso.