Experimentos cuánticos en la era preindustrial

¿Podría un científico del siglo XVIII o anterior haber encontrado fenómenos que requieren teorías cuánticas para explicarlos, dado el aparato disponible en ese momento?

Elegiré 1805 como fecha límite, porque fue entonces cuando el micrómetro de Maudslay revolucionó la precisión en los instrumentos.

Respuestas (3)

  1. Christian Huygens descubrió en 1690 la luz polarizada: este es el primer efecto cuántico jamás observado. El comportamiento de transformación de los rayos de luz completamente polarizada fue descrito por primera vez por Etienne-Louis Malus en 1809 (quien acuñó el nombre de "polarización"), y el de la luz parcialmente polarizada por George Stokes en 1852. En la terminología moderna, el comportamiento descrito por Malus (resp
    . . Stokes) es idéntico al de un qubit en estado puro (resp. mixto). El artículo de Stokes de 1852 contiene todos los fenómenos cuánticos modernos para un solo qubit, discutidos en términos clásicos. (Para más detalles, vea mi conferencia http://arnold-neumaier.at/ms/optslides.pdf )
    La naturaleza transversal de la polarización fue descubierta por Augustin Fresnel en 1866, y la descripción en términos de (lo que ahora se llama) la esfera de Bloch por Henri Poincaré en 1892. En la terminología moderna, la polarización es una manifestación de la naturaleza de espín 1 sin masa de la representación unitaria del grupo de Poincaré que define los fotones.

  2. El segundo efecto cuántico observado más antiguo son las líneas espectrales, aparentemente discutidas por primera vez en 1802 por William Hyde Wollaston. (Para conocer la historia de la espectroscopia, consulte http://www.spectroscopyonline.com/spectroscopy/article/articleDetail.jsp?id=381944 )

Ambos fenómenos requieren de la física cuántica para su explicación (aunque la polarización también puede explicarse mediante una versión estadística de la electrodinámica clásica).
Pero, por supuesto, antes de 1900 nadie consideraba que estos fueran efectos cuánticos. Las líneas espectrales fueron descritas por primera vez como un efecto cuántico en 1913 por Niels Bohr. La polarización fue descrita por primera vez como un efecto cuántico en 1930 por Norbert Wiener.

¿Wiener escribió un artículo cuántico? ¿En 1930? Lo tengo, creo que te refieres a Eugene Wigner. No me gusta la idea de que la polarización es cuántica; solo es cuántica si tienes fotones. Si no, es solo un campo que se transforma bajo rotación --- un campo E y B.
@RonMaimon: Las referencias a los artículos originales de Norbert (!) Wiener y Stokes están en las diapositivas de mi conferencia citada. Lea el artículo de Stokes y verá que describe con precisión y en términos casi modernos todas las propiedades de un qubit. Por lo tanto, no hay duda de que interpretó un efecto cuántico.
@RonMaimon: que la polarización no es solo un campo electromagnético se puede ver en el fenómeno de la polarización parcial, que es imposible en un campo determinista de Maxwell, pero necesita una interpretación estadística. Pero incluso cuando se calcula de forma clásica, los resultados son idénticos a las estadísticas cuánticas de un solo fotón.
Creo que esto no es cierto. Puede hacer la polarización simplemente teniendo un modelo clásico de electrones en perlas inclinadas con respecto al eje E de la radiación electromagnética. La polarización no es cuántica a menos que sea la polarización de fotones individuales. Si no puede resolver fotones, no puede argumentar que la polarización es cuántica, porque obtiene transmisión parcial y absorción parcial con cargas de fricción con oscilaciones permitidas solo en ciertas direcciones
@RonMaimon: No hay necesidad de resolver fotones individuales para reclamar un efecto cuántico. Por ejemplo, la luz láser es definitivamente cuántica, aunque por lo general no se resuelven los fotones involucrados.

Muy poco en el campo de la química tiene sentido en detalle sin la mecánica cuántica. Si desea "fenómenos que requieren teorías cuánticas para explicarlos", simplemente mire a su alrededor ... ¿por qué la madera es marrón y las hojas verdes y el yodo amarillo? ¿Qué químicos son estables versus inestables? ¿Por qué los diferentes elementos reaccionan de manera diferente? ¿Por qué los cristales de sal forman cubos mientras que el hielo forma hexágonos?

Ninguna de estas preguntas puede responderse de manera correcta y consistente, excepto en el marco de la química cuántica (y sus consecuencias, como la hibridación orbital, los electrones deslocalizados, la estabilización por resonancia, el principio de exclusión de Pauli, los orbitales electrónicos, la relación de la absorción y emisión de luz con la electrónica). estructura, etc. etc.)

Este tipo de cosas generalmente no se discuten como motivación para la mecánica cuántica porque es un camino largo y difícil desde los principios básicos de la mecánica cuántica hasta explicar hechos en química como por qué el hielo es hexagonal. Uno podría imaginar que hay una explicación alternativa de todos los hechos de la química que no requiere la mecánica cuántica... bueno, no la hay, pero no hay una manera particularmente fácil y pedagógica de convencer a la gente de eso. En comparación, existe un camino relativamente simple desde los principios básicos de la mecánica cuántica hasta el experimento de las dos rendijas.

Por exactamente la misma razón, los avances conceptuales en la mecánica cuántica históricamente no surgieron del intento de explicar por qué el yodo es amarillo. El camino es demasiado indirecto. Fueron necesarios años de trabajo DESPUÉS de que se estableciera la mecánica cuántica para comprender cómo la mecánica cuántica era la única explicación sensata de casi todo en química.

El problema es que la química requiere detectar átomos.
¿La química requiere detectar átomos? ¿¿Hablas en serio?? No es necesario detectar átomos para saber que los cristales de hielo son hexagonales o que las llamas de metano son azules o que el gas nitrógeno es menos inflamable que el oxígeno. ¡Ni siquiera tienes que ser humano para ver que la hierba es de un color diferente al de la roca! Pero si desea explicar estos hechos en un marco coherente y detallado, ese marco TIENE que estar basado en la mecánica cuántica.
El problema es que las partes de la química que demuestran la mecánica cuántica requieren la detección de átomos. El destello azul podría provenir del pudín de ciruelas. Sin la dispersión de partículas alfa de un átomo individual, no sabes si es cuántico ahí abajo.
Si desea explicar correctamente por qué los cristales de hielo son hexagonales, debe invocar el principio de exclusión de Pauli, las superposiciones cuánticas, los electrones deslocalizados, el espín de los electrones, etc., etc. ¿¿Estos no son parte de la mecánica cuántica? La pregunta original solicitaba "fenómenos que requieren QM para explicarlos". Aparte de la mecánica cuántica, no existe ninguna teoría que pueda predecir correcta y consistentemente la forma de cada cristal.
Puedes explicar esto diciendo que las moléculas de agua son pequeños juguetes con forma de hexágono. Esto es lo que suponían los atomistas pre-cuánticos. Sin un mecanismo para mirar dentro de los átomos, no necesita la mecánica cuántica para la química a temperatura ambiente, pero sí para los calores específicos de las moléculas frías (los grados de libertad que desaparecen) y para la luz térmica del cuerpo negro.
¿Sabes siquiera qué son los orbitales electrónicos? Todos los aspectos de los enlaces químicos y la reactividad, sin mencionar la absorción de luz, están íntimamente relacionados con las propiedades detalladas de la energía, la forma y la fase de los orbitales electrónicos y sus superposiciones. Sin la mecánica cuántica puedes decir "los cristales de H2O son hexagonales porque así es el H2O", y lo mismo ocurre con todos los millones de otros cristales. Pero una persona astuta notará patrones, investigará y encontrará que unas pocas reglas explican TODOS los patrones... ¡estas reglas son mecánica cuántica!
Sí, conozco bien los orbitales. Está afirmando que podría ser posible inferir la mecánica cuántica a partir de la forma en que se unen las moléculas. Creo que si esta fuera la única forma de hacerlo, nunca lo descubriríamos, porque el camino es muy indirecto. Además, ni siquiera podemos predecir la química cuántica completa conociendo la mecánica cuántica y con supercomputadoras, por lo que creo que es inútil hacerlo de esta manera para una sociedad preindustrial. Pero la anomalía de calor específico podría notarse con refrigeración (o, en principio, con hornos), pero necesita termodinámica para saber que es anómalo.

usando una analogía entre la óptica y la FÍSICA ROWAN HAMILTON, podría haber descubierto la mecánica cuántica por medio de la Ecuación de Eikonal ( ∇ S ) 2 = norte

sin embargo, no había evidencias empíricas del descubrimiento de Hamilton en esta época, por lo que Hamilton rechazó la idea de una 'mecánica ondulatoria' en el siglo XIX.

es una lastima, la ciencia podria haber avanzado mas de 50 años si Hamilton y otros se hubieran tomado en serio sus ideas :(

http://quantum-history.mpiwg-berlin.mpg.de/eLibrary/fileserverPub/Joas-Lehner_2009_Optical- Mechanical.pdf/V1_Joas-Lehner_2009_Optical- Mechanical.pdf

para más

El trabajo de Hamilton fue en 1833, por lo tanto más tarde que el límite de tiempo establecido por el OP.
Pero las ecuaciones de Hamilton podrían haber sido formuladas por Leibnitz. La cuestión es que la conservación de la energía solo se apreció durante la revolución industrial, ya que fueron las máquinas térmicas las que impulsaron el análisis de la entropía que estableció que había una energía conservada en absoluto.
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