La mecánica cuántica es la teoría que describe las leyes de la física con la precisión suficiente para predecir casi todo lo que nos importa a escala humana. Lo que quiero decir con esto es que la teoría es tan increíblemente buena que es esencialmente perfecta cuando se usa como una “teoría de todo” práctica.
QM puede predecir todas las reacciones químicas con un nivel de precisión tan extremo que no hay ningún dispositivo en la tierra que pueda identificar el error entre los resultados calculados y los obtenidos experimentalmente. La relación giromagnética para un electrón aislado se ha calculado con doce decimales de precisión física.
Por supuesto, por “mecánica cuántica”, me refiero a la teoría cuántica de campos, pero QFT es realmente una forma más elaborada de mecánica cuántica tradicional, no un paradigma completamente nuevo. La teoría del campo cuántico tiene mejores herramientas para describir sistemas específicos en estudio (creación / aniquilación de partículas, ciertos efectos relativistas como el color del oro y el campo electromagnético). Pero incluso el uso de la ecuación de Schrödinger no relativista con un número constante de partículas proporciona más precisión para la química de lo que realmente se necesita.
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Las áreas de física fundamental con las que todavía tenemos mucho trabajo incluyen la gravedad cuántica, la energía oscura, la supersimetría y la física de partículas. Pero estas cosas realmente no nos afectan día a día.
Entonces, si la mecánica cuántica es tan genial, ¿por qué no estamos básicamente “terminados” con la ciencia? La razón es porque a pesar de la simplicidad de la teoría (puede describir todos los postulados de QM en menos de una página), usarlo para hacer predicciones es increíblemente difícil. Las ecuaciones no se pueden resolver exactamente para más de unas pocas partículas.
En este sentido, la mecánica cuántica se ha convertido en un problema matemático aplicado. El objetivo es encontrar formas inteligentes de aproximar las soluciones exactas. Las mejores aproximaciones generalmente requieren más recursos computacionales. De hecho, en realidad hay muy poca física necesaria para que el matemático aplicado pueda trabajar en el problema. Básicamente, está tratando de encontrar una forma rápida de obtener los valores propios de un operador lineal (o al menos el valor propio más pequeño).
Algunos otros objetivos de investigación incluyen el cálculo cuántico. Una vez más, esto no requiere mucha física “profunda”. Este campo puede formularse en términos de vectores de números complejos y operadores unitarios que convierten entre ellos. Scott Aaronson incluso ha argumentado que la mecánica cuántica debería enseñarse hoy en día simplemente presentando la teoría de probabilidad básica y extendiéndola para permitir probabilidades complejas. El resto de la teoría se “cae”.
Por supuesto, me falta un montón en el lado experimental, y esto se debe principalmente a que todo mi trabajo es computacional, por lo que realmente no sé lo que están haciendo en el laboratorio; mis disculpas 😛
