¿Existe algún fenómeno visible a simple vista que requiera de la mecánica cuántica para ser explicado satisfactoriamente? Estoy buscando una especie de manzana cuántica newtoniana.
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joshphysics
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34367
Si lo que buscas es algo visible a simple vista, pero que no necesariamente ocurre de forma natural a tu alrededor, entonces el experimento por excelencia que muestra la naturaleza cuántica de la luz de forma visible a simple vista es El experimento de la doble rendija de Young .
Lo mejor de este experimento es que puede realizarse fácilmente en la comodidad de tu propia casa. Consulta este post de Physics.SE: ¿Es posible reproducir el experimento de la doble rendija por mí mismo en casa?
Alexander
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31
La superconductividad, por supuesto. Clásicamente, no se puede explicar el diamagnetismo perfecto y la conducción perfecta de un sistema desordenado al mismo tiempo.
El experimento más llamativo es la levitación de un superconductor sobre un campo magnético, también conocido como efecto Meissner. Sólo se necesita un superconductor de alto Tc y unos cuantos N-líquidos. El hecho más llamativo es la desaparición del efecto cuando el nitrógeno se vaporiza por completo.
Hay muchos vídeos en internet sobre eso. Ver Por ejemplo este: http://www.ted.com/talks/boaz_almog_levitates_a_superconductor.html
Por cierto, la superconductividad es LA demostración de la rareza cuántica a nivel macroscópico.
El efecto Hall cuántico es otro efecto interesante, pero requiere más materiales (nevera, ...).
En general, se puede decir con seguridad que casi (si no) todos los efectos reales de la física cuántica son interacciones materia-campo de algún tipo... el efecto Meissner y el efecto Hall cuántico son sólo dos interacciones materia-campo específicas (campo magnético aplicado sobre excitaciones colectivas de electrones a baja temperatura).
En principio, debería ser posible medir el espectro de algunos átomos en un experimento de mesa (al fin y al cabo, es un experimento de finales del 19), pero es menos impresionante que la levitación, creo. Todas las propiedades de la espectroscopia sólo pueden entenderse perfectamente utilizando la mecánica cuántica, y bien pueden "verse" a simple vista, como la fluorescencia (a veces requiere gafas IR, pero aun así creo que es ojos desnudos ya que se puede ver realmente la fluorescencia utilizando estas gafas).
En general, todos los problemas de la materia condensada requieren que se entienda perfectamente la mecánica cuántica: la teoría de bandas (incluyendo la brecha de bandas y la simetría de los cristales, lo que lleva al enorme campo de los semiconductores, por ejemplo), la propagación electrónica en sistemas desordenados (incluyendo el aislante de Mott, por ejemplo, ... (véase también la respuesta de Kaz https://physics.stackexchange.com/a/65464/16689 sobre este punto).
El efecto túnel puede considerarse un efecto sorprendente de la mecánica cuántica, aunque sea difícil de ver a simple vista. Ver sin embargo la respuesta de jinawee https://physics.stackexchange.com/a/65416/16689 en esta página.
gatsu
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3557
Un ejemplo muy "sencillo" es el de la razón por la que no atravesamos la tierra mientras los átomos (y por tanto la materia) están mayoritariamente vacíos. Aunque todavía se discute qué domina en este efecto entre la repulsión electrostática y el llamado Principio de exclusión de Pauli (un efecto cuántico), está bastante admitido que la electrostática sola no es suficiente.
Las estimaciones cuantitativas de esta repulsión cuántica son realizadas a diario por personas que calculan ab-initio (resolviendo la ecuación de la mecánica cuántica para los electrones) los parámetros de potencial intermolecular para ponerlos luego en simulaciones a escala molecular (básicamente estos cálculos explican por qué es casi justo representar a los átomos como cuentas duras y por lo tanto ya explican cómo es que dos átomos vacíos no pueden superponerse).
Otro caso sencillo es el de una pieza de metal cuya rigidez (o al menos alguna medida de ella) debe mucho al principio de exclusión (véase la Ec. 494 del enlace y la siguiente frase) satisfecha por los electrones conductores del sistema.
Brian B.
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1519
También se necesita el efecto túnel para explicar muchos aspectos de la conductividad eléctrica. Por ejemplo, por qué los cables de cobre oxidados siguen siendo buenos conductores en lugar de aislantes.
Otro efecto mecánico cuántico interesante se produce en la fotosíntesis. El proceso se llama "hopping" y ocurre cuando una clorofila absorbe un fotón y luego emite un excitón que se propagará hasta alcanzar un tipo especial de molécula de clorofila, lo que produce una transferencia de electrones. Hay algunas referencias como: http://www.chemphys.lu.se/old/Archive/annual_96/primarynew.htm .
También existe la hipótesis de que el entrelazamiento cuántico se produce en ciertas aves para permitir la navegación. Véase: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i4/e040503 .
bn698
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En cierto sentido, todas las reacciones químicas son fundamentalmente mecánicas cuánticas, pero en el caso de quimioluminiscencia y los fenómenos de emisión de luz atómica relacionados como la aurora La física cuántica entra de otra manera: los estados excitados de la molécula o del ion sólo pueden decaer y emitir un fotón porque el electrón en ese estado está siendo continuamente agitado por fluctuaciones de vacío , fluctuaciones microscópicas en los campos eléctricos debido a la incertidumbre cuántica.
