¿Por qué necesitamos mecánica cuántica cuando tenemos física clásica?

El contexto lo es todo. A modo de analogía, cuando cocino, rara vez mido los ingredientes. Tengo un sentido general de cuánta sal agregar a algo. Por lo general, estoy en el estadio de béisbol, aunque a veces un poco demasiado salado o un poco poco salado. Pero esto funciona para cocinar.

Si fuera un técnico de diálisis, no confiaría únicamente en un sentido general de cuánta sal necesita un paciente. Tendría una receta y mediría la cantidad de sal prescrita con un alto grado de precisión.

La física clásica es como cocino. Es ideal para muchas cosas: diseñar automóviles, puentes, naves espaciales, etc. Material macroscópico. Pero a veces, necesitas la precisión extra. Los circuitos integrados en su computadora (y otras cosas microscópicas) dependen en gran medida de principios cuánticos, por ejemplo.

Considere la existencia de dialectos locales y jerga. Podemos crecer y pasar la mayor parte de nuestras vidas en situaciones donde ese dialecto y jerga es todo lo que se necesita para la comunicación, pero si dejamos las comodidades del hogar, será mejor que tengamos algún conocimiento de cómo las personas hablan en otros lugares.

La física clásica es simplemente un dialecto: es una aproximación de las leyes naturales que hace un muy buen trabajo siempre y cuando no nos alejemos demasiado de “casa” , es decir, siempre y cuando nos mantengamos lo suficientemente cerca de escalas y condiciones que se parecen a nuestras interacciones cotidianas. Tenga en cuenta que eso fue todo lo que Newton, Maxwell y otros pudieron acceder cuando formularon estas teorías.

Ahora, sin embargo, nuestra tecnología ha mejorado lo suficiente como para poder explorar mucho más allá de esos límites. Pero resulta que si comienzas a hacer preguntas sobre cosas extremadamente pequeñas, cosas extremadamente rápidas o cosas extremadamente densas, ya no podemos confiar en la física clásica, porque simplemente obtiene las respuestas incorrectas , como se ha explicado en Otras respuestas. Es por eso que necesitamos teorías más ampliamente aplicables, como la Mecánica Cuántica y la Relatividad General: sin ellas, la física sería demasiado provincial, ¡y estaríamos atrapados sin comprender una gran cantidad de fenómenos naturales!

La humanidad disfruta del progreso.

Dos cosas que más nos fascinan son lo grande y lo pequeño. Ese segundo, es lo que nos hace. Como tal, nos sentimos obligados a desarmar la materia y alcanzar los aspectos más pequeños de lo que estamos hechos.

Si lo hacemos, y encontramos que las leyes que operan dentro son extrañas, o no se ajustan exactamente a lo que observamos en la existencia cotidiana, si hay mucho caos y una belleza extraña, y si tiene alguna aplicaciones para comprender mejor el mundo que nos rodea y comprender cosas que funcionan con principios de mecánica cuántica (semiconductores en transistores, en la misma computadora en la que estoy escribiendo esto en este momento, que implican túneles cuánticos) ¿no tendría sentido estudiar? ¿eso?

Y al final del día, la física clásica y la QM no son más que etiquetas. Pertenecen al mismo campo, la física, que estudia los fenómenos de la materia y la energía y la forma en que interactúan.

Aún así, la pregunta de por qué elegimos invertir tanto de nuestro enfoque en algo como QM que se siente extravagante y difícil de entender para las mentes de mono es probablemente muy interesante.

Cuando intentas aplicar la mecánica clásica a los átomos, predice que los átomos deberían colapsar instantáneamente sobre sí mismos. Este fue un gran problema y llevó al gran físico Max Ernst a declarar que no creía que existieran los átomos. Bueno, los átomos existen, y no colapsan instantáneamente sobre sí mismos. Por lo tanto, quedó claro que la mecánica clásica no era todo lo que había para la física.

Para poder modelar matemáticamente el comportamiento de los muy pequeños, donde en sistemas tan pequeños (sub) atómicos las leyes de la mecánica clásica no pueden describir lo que está sucediendo realmente.

Debido a que la física clásica es aplicable a partículas / objetos macroscópicos, no es aplicable a partículas microscópicas, por lo que la física cuántica trata el sistema microscópico.