¿Mecánica cuántica o mecánica clásica? [cerrado]

Tenga en cuenta que este sitio quiere preguntas individuales a la vez. Responderé con respuestas simples.

∙ ¿La Mecánica Cuántica también es aplicable a objetos masivos como seres humanos, animales, etc. (en comparación con los átomos pequeños)?

Si continúa con la física, aprenderá que el marco subyacente de la naturaleza hasta donde hemos explorado y validado es la mecánica cuántica. ¿Son aplicables los ladrillos a los edificios?

∙ ¿Cuánto afecta la Mecánica Cuántica a las reglas que hemos estudiado hasta ahora, como en la Mecánica Newtoniana y la Mecánica Clásica?

Las teorías clásicas son autosuficientes y su superposición con la mecánica cuántica surge donde las teorías clásicas fallan, como en el efecto fotoeléctrico y la radiación del cuerpo negro . De lo contrario, las teorías clásicas emergen sin problemas de la mecánica cuántica cuando las dimensiones superan las escalas nanométricas.

∙ ¿Ha tenido éxito la mecánica cuántica en la definición del movimiento de los átomos y otros objetos insignificantemente pequeños, como partículas subatómicas, etc.? ¿O hay algo por venir...?

Sí lo ha hecho, como descubrirá si continúa sus estudios. Nunca ha sido falsificado por ningún experimento hasta la fecha.

∙ Si bien, sé que cualquier teoría simplemente NO se basa en cálculos o solo en experimentos. ¿La Mecánica Cuántica ha podido definir todas las reglas con la ayuda de Experimentos, etc.?

Las teorías describen la naturaleza si son validadas por experimentos. Incluso una predicción falsa requiere un rediseño de la teoría.

∙ Como estudiante, básicamente estoy confundido sobre qué teoría es la más precisa y aplicable en la vida real. Entonces, ¿qué teoría es la más precisa y aplicable a la realidad?

En la vida real, la mecánica clásica, la electrodinámica y la termodinámica son suficientes, a menos que desee comprender los transistores, la computación cuántica, etc. Debe aprender las matemáticas para lidiar con el marco mecánico cuántico subyacente.

∙ Después de ver el video (vinculado al principio), no pude concluir si la Mecánica Cuántica se basa en la precisión o en la probabilidad.

Las predicciones teóricas de la mecánica cuántica son probabilísticas, dan la probabilidad de obtener una medida específica. Las teorías clásicas predicen por ejemplo trayectorias, cuya indeterminación depende de errores experimentales y de cálculo. En la mecánica cuántica existe una indeterminación básica para cualquier medida proveniente de los fundamentos de la teoría pero eso no significa que no haya predicciones que puedan ser falseadas.

¿La mecánica cuántica es para objetos masivos, como los seres humanos?

En principio, podemos escribir el hamiltoniano para prácticamente cualquier sistema, incluso si está compuesto por átomos del orden de$10^{20}$, y resolver la ecuación de Schrödinger,

$$H\lvert \psi \rangle = E \lvert \psi \rangle$$

Sin embargo, en la práctica, sería extremadamente tedioso, y actualmente las computadoras modernas simplemente no son capaces de resolver la ecuación numéricamente. Además, no es esclarecedor saber siquiera$\psi$para un sistema tan complejo como el descrito.

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¿Cuánto afecta la mecánica cuántica a las reglas que hemos estudiado, por ejemplo, la mecánica newtoniana?

A medida que incorporamos más realismo en nuestros modelos físicos, por ejemplo, mediante la inclusión de efectos relativistas, efectos mecánicos cuánticos, aumentamos potencialmente la precisión de nuestras predicciones. Sin embargo, siempre se debe elegir el más apropiado para un problema, por ejemplo, no aplicar QM a una trayectoria de fútbol. Una formulación no 'afecta' a la otra, sino que revela sus pequeñas deficiencias.

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¿Ha tenido éxito la mecánica cuántica en la definición del movimiento de los átomos y otras partículas?

El modelo mecánico cuántico del ion similar al hidrógeno es posiblemente el más famoso y ofrece predicciones bastante precisas de, por ejemplo, los niveles de energía del electrón. El enfoque es muy diferente al de la física clásica; el electrón no sigue una órbita fija. En cambio, asignamos probabilidades para que el electrón esté dentro de un volumen particular; específicamente,

$$P(V)=\int_V \mathrm{d}^3x \, |\psi|^2$$

para una función de onda normalizada,$\psi$, que es la solución de la ecuación,

$$E\psi = \left( -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2 - \frac{Ze^2}{4\pi \epsilon_0 r}\right)\psi$$

Para átomos más complejos, o incluso moléculas, se requiere una aproximación numérica. Un enfoque popular es la teoría de la perturbación, mediante la cual modelamos el sistema actual como un sistema soluble, es decir

$$H=H_0+\lambda H_I$$

dónde$H_0$es el sistema conocido,$H_I$es la perturbación, y$\lambda$determina la fuerza de la perturbación. (Si es adimensional,$\lambda < 1$sugiere un sistema débilmente perturbado).

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En cuanto a la precisión y la probabilidad. Se podría argumentar que la mecánica cuántica es un modelo más preciso de la naturaleza. A menudo, puede darse el caso de que las predicciones también sean más precisas. Sin embargo, si intentamos modelar un sistema complejo con mecánica cuántica y tenemos que recurrir a aproximaciones numéricas deficientes, las predicciones pueden ser peores que si hubiéramos aplicado un modelo más simple, posiblemente.