¿Las leyes de la mecánica cuántica son meramente modelos matemáticos que son consistentes con los resultados de los experimentos o también se basan en un razonamiento más profundo?

Me alegro mucho de que hayas hecho esta pregunta. Para QM, me temo que la respuesta es “simplemente modelos matemáticos”, pero si hicieras esa pregunta sobre la teoría cuántica de campos sería “un significado más profundo”. Usted ve, QM describe un mundo hecho de partículas que se comportan de una manera extraña e inconsistente, mientras que QFT describe un mundo hecho de campos que se comportan de una manera consistente y comprensible. Citando del cap. 1 de mi libro (que se puede leer gratis en Comprender la física a través de la teoría cuántica de campos):
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El hecho es que nadie comprende QM. Incluso Richard Feynman, un destacado físico del siglo XX, escribió:
Había que perder el sentido común para percibir lo que sucedía a nivel atómico.
Según QM, la materia está hecha de pequeñas partículas, las mismas partículas atómicas mencionadas anteriormente, que hacen cosas que ninguna partícula que se respete nunca podría hacer, cosas que solo las ondas pueden hacer. Esto llevó al concepto de dualidad onda-partícula , introducido por Einstein en 1905 cuando mostró que la luz, que durante mucho tiempo se sabía que consistía en ondas en el campo EM, se comporta de muchas maneras como partículas. La idea de que las partículas a veces se comportan como ondas es un concepto que incluso los físicos consideran paradójico:
La [dualidad onda-partícula] es una paradoja porque las partículas son, por definición, entidades localizadas que siguen trayectorias definidas, mientras que las ondas no están confinadas a ningún camino o región particular del espacio. ¿Cómo podría ser lo mismo confinado y no confinado, tanto una partícula como una ola? T. Norsen
Según una broma de un físico, “la luz es ondas los lunes, miércoles y viernes; son partículas los martes, jueves y sábados; y los domingos pensamos en ello ”. La situación es tan mala que los filósofos, siguiendo el ejemplo de Ludwig Wittgenstein, inventaron una nueva filosofía llamada positivismo lógico que establece esencialmente que debe abandonarse la esperanza de describir una realidad consistente.
Soy un positivista que cree que las teorías físicas son solo modelos matemáticos que construimos, y que no tiene sentido preguntar si corresponden a la realidad, solo si predicen observaciones. – S. Hawking ( P1997 , p.169 )

Tendrás que leer mi libro para comprender por qué QFT tiene sentido, pero puedes comenzar bien leyendo Chap. 1, que como dije está disponible gratuitamente en mi sitio web. Vamos quoranes, DESPIERTA Y HUELE LOS CAMPOS.

Los físicos cuánticos han abandonado muy específicamente las leyes de la ciencia que requieren que tengas una base fundamental para tus teorías. Es por eso que Einstein estaba tan horrorizado por ellos y se opuso a su mala metodología hasta el final de sus días.

En esencia, QM es solo una mezcolanza de ecuaciones de “ajuste” que modifican los modelos fallidos para que parezcan predecir los resultados de la vida real, exactamente de la misma forma en que los epiciclos y deferentes se usaron para “ajustar” el modelo geocéntrico, permitiendo el “científico” establecimiento para pretender que la tierra era el centro del universo más de dos mil años después de que algunos hubieran reconocido que no lo era.

De acuerdo con las reglas de la ciencia dura, tal como lo entienden Popper, Pierce, Einstein, Schrodinger, von Mises y otros que se molestaron en comprender la Filosofía de la Ciencia, debes tener alguna premisa subyacente a una teoría, algo de lo que todas sus conclusiones se dibujan. Si no puede hacer una predicción basada en esa premisa de forma natural, pero debe “ajustarse” para que coincida con los resultados de la vida real, entonces (por supuesto) la premisa subyacente debe estar equivocada de alguna manera y debe descartarse.

El problema con los “científicos” basura como Heisenberg, Bohr y Hawking es que han abandonado esto. Si su idea original y el modelo que surgió de ella fracasan, no encuentran el defecto fundamental y comienzan de nuevo a eliminarlo, desordenan el modelo con epiciclos y deferentes (ajustes de los resultados que produce) hasta que coincida con las observaciones y pruebas

Al igual que el modelo geocéntrico, esto significa que la idea real es falsa, pero que la falacia está oculta bajo la cortina de humo de las “ecuaciones de ajuste”.

Entonces no, no hay ningún razonamiento (válido) más profundo en absoluto. Lo que significa que ni siquiera es ciencia, de verdad. No es “teoría cuántica”, más bien como “hipótesis cuántica invalidada”

Ninguna de las respuestas a esto que vi golpeó el comienzo de la Revolución Cuántica. Sí, todos entendieron el hecho de no poder entenderlo (intuirlo). Y también cómo es un modelo matemático o es formulable en términos de modelos (onda, partícula), los matemáticos prefieren las formulaciones axiomáticas como siempre.
No. ¿Cuál fue el evento cuántico históricamente?
– Cuando el pobre Max Planck tuvo que capitular para cuantificar la energía para explicar las curvas de radiación del cuerpo negro. Odiaba eso. Todos odiaban eso. Incluso murió odiándolo. ¡Pero también fue una revolución moral! Después de eso, 1900, la ciencia ya no era totalmente creíble como una explicación mecanicista del evangelio del mundo. Las revoluciones newtoniana e industrial habían quedado humilladas, entre los verdaderos científicos.
Como dijo Sir James Jeans en el comer años después de Planck: ¡Incluso cuando tenemos una teoría que puede calcular todo lo que podemos observar y querer saber, nunca sabremos si esa teoría o cien (o más) es la verdad!
Después de Planck, la luz y otras formas de energía / masa / carga / giro, etc., se muestran como cuantificadas si se desea la coherencia de la descripción del mundo físico matemático en el que trabajamos.

En física, históricamente, las cosas van de la siguiente manera:

  1. Primero tenemos experimentadores.
  2. Luego, hacemos algunos modelos matemáticos fenomenológicos compatibles con los resultados experimentales.
  3. De lo que obtuvimos, tratamos de descubrir algunos principios / axiomas simples, generales, elementales u “obvios”, a partir de los cuales podemos reconstruir todos los resultados anteriores, y consideramos esos principios como “profundos”.

De hecho, la mayor parte de lo que sabemos actualmente en física, se puede reconstruir a partir de cosas como principios de menor acción, invariancia de Lorentz, simetrías de indicadores, etc. ¡y esos principios muy profundos son realmente pocos, pero se pueden compilar para simular todo el universo!

¡Esta es la belleza misma!

Advertencia: no soy un físico.

Tengo la impresión de que las “leyes” de QM fueron forzadas a los científicos por resultados experimentales y que nadie realmente comprende la lógica más profunda que subyace en ellas. Richard Feynman dijo: “Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica”. Niels Bohr dijo: “Cualquiera que no esté conmocionado por la teoría cuántica no lo ha entendido”.

Dicho esto, añadiré que la formulación de las leyes refleja principios más profundos: simetría, conservación, etc.

Creo que QM se entiende mejor si no intentas entender cómo cada paso te lleva a la respuesta. Simplemente sigue las reglas y tu respuesta siempre estará ahí. Sin embargo, si observa cada paso, su respuesta siempre colapsará en una respuesta diferente. Espero que esto no sea confuso, pero seamos sinceros, las partes de QM descritas por Einstein como “Acción fantasmagórica a distancia” Quizás este clip sobre el Experimento de doble rendija hace un mejor trabajo ‘Te doy … Dr. Quantum

Ciertamente son los primeros, posiblemente creados especulando hacia los segundos. La creación de modelos requiere saltos creativos informados por mucha familiaridad con el material fuente.

La mecánica cuántica comenzó con dos problemas de la “vida real”:

1. Se le pidió a Max Planck que hiciera la lámpara incandescente más eficiente;

2. Albert Einstein trató de encontrar una explicación para el fenómeno fotoeléctrico.

Eso comenzó toda esta locura cuántica.