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¿Por qué es necesario un formalismo clásico para la mecánica cuántica?

Esta no es una cuestión de interpretación, después de la última me di cuenta de que no debía abrir la caja de Pandora ;)

Para que las teorías sean consistentes, deben reducirse a las leyes conocidas en los dominios clásicos. El dominio clásico se puede resumir como:

$$ \hbar =0 ; c= \infty $$

Lo cual está bien. Necesito saber, sin embargo, es que si QM es un independiente y fundamental teoría ¿por qué se basa tanto en el formalismo clásico. ¿Es necesario que exista un formalismo clásico para tener un formalismo cuántico? Por lo que he leído, no lo parece, y lo encuentro desconcertante. Supongamos que usted tiene un sistema disipativo, o un sistema abierto cuando no puede escribir un Hamiltoniano autónomo en el caso clásico, ¿cómo entonces nos acercamos a estos cuánticos mecánicamente, cuando ni siquiera podemos escribir el Hamiltoniano correspondiente.

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aceinthehole Puntos 1460

Note que todos los experimentos que hicimos antes de descubrir la rareza cuántica todavía están ahí fuera. Tu teoría completa tiene que ser capaz de explicar todas las demostraciones que hacemos en una clase introductoria de mecánica de primer año.

Sin embargo, si se puede demostrar que una nueva teoría evoluciona a la antigua en el reino donde la antigua era correcta, se no tienen que volver a probar todo lo que ya sabían.

Si puedes construir la nueva teoría sobre la base de la antigua, ya estás a mitad de camino de ese punto.

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jcevallos Puntos 226

Me gustaría cuestionar algunos de los supuestos de la propia pregunta aquí. En primer lugar el título:

¿Por qué es necesario un formalismo clásico para la Mecánica Cuántica?

¿Esta premisa es realmente cierta? Uno podría imaginar la creación de una estructura cuántica (Espacios Hilbert, $ \Psi $ (Operadores) sin ninguna referencia a nada clásico. Lo más cercano es formular los significados experimentales de los valores propios.

Para que las teorías sean consistentes, deben reducirse a las leyes conocidas en los dominios clásicos.

No estoy de acuerdo con que esto sea un requisito para la consistencia de la teoría. Por supuesto que depende de lo que "reducido" signifique aquí, pero algunas teorías cuánticas viven bastante bien sin una (aparente) contrapartida clásica (spin?). De todos modos la consistencia de la teoría se trata de si si P(x) se deduce entonces no P(x) no es también deducible, es decir, un requisito lógico.

El punto que sospecho que se pretende aquí es que se espera que haya "correspondencia teórica" de Quantum a Clásico: esto es más débil que requerir "reducción".

El dominio clásico puede resumirse como $ \hbar =0$

Bueno, no del todo, ahora se sabe que la h fue descubierta en la Mecánica Estadística Clásica por Gibbs como un término de proporcionalidad de área.

En lo que respecta a la escritura de los Hamiltonianos, se podría decir que la teoría clásica proporciona simplemente una guía heurística - en cierto sentido no es necesaria ya que puede no existir. Esto es si tenemos el clásico H(p,q) hamiltoniano, entonces sabemos que el cuántico está desordenado como $H(-i \hbar\partial /{ \partial x},x)$ pero aún no sabemos cuál es la forma ordenada (correcta).

La verdadera pregunta que se hace aquí es cómo escribir un Hamiltoniano cuántico cuando no hay una (aparente) teoría clásica. Tal vez la respuesta está en el dicho de Feynman "Adivina, luego prueba" o tal vez hay alguna teoría mayor de los Hamiltonianos Cuánticos aún por encontrar...

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David Bar Moshe Puntos 14259

Quiero citar para usted el punto de vista de F.A. Berezin sobre esta cuestión, tal y como aparece en sus documentos fundamentales. en "Concepto general de cuantificación" Matemáticas Comunes. Phys. 40, 153-174(1975) y "Cuantificación" Matemáticas. URSS Izv. 8 (1974) 1109-1165.

En estos trabajos, Berezin presentó su teoría de la cuantificación que tiene como uno de sus postulados el principio de la correspondencia (en $ \hbar \rightarrow 0$ ). Las teorías cuántica y clásica describen la misma realidad mecánica; la descripción cuántica de la realidad es más detallada que la clásica, pero una vez que tenemos este detalle, tenemos la libertad de renunciar a algo de ella. Entonces deberíamos alcanzar el límite clásico bien establecido experimentalmente. Esto es como el caso de uno que tiene un telescopio pero que intencionalmente desenfoca su lente.

Cabe mencionar también que esta interpretación es coherente con el punto de vista de la no funcionalidad de la (primera) cuantificación, porque (como se subraya en los artículos de Berezin) muchas imágenes detalladas diferentes de la realidad pueden corresponder al mismo límite "desenfocado" de la teoría clásica.

Actualización

Refiriéndose al comentario de Peter. debo aclarar que la teoría cuántica converge en el límite ( $ \hbar \rightarrow 0$ ) a una teoría clásica sólo para un subconjunto de los estados y observables del sistema. Por ejemplo, los operadores de Weyl sobre la coherencia Los estados tienen un límite bien definido. Una discusión detallada del límite clásico (y por qué otros estados no tienen un límite bien definido) se puede encontrar en lo siguiente artículo por N.P. Landsman: "Entre lo clásico y lo cuántico".

Sin embargo, creo que el punto de vista de Berezin como principio general sigue siendo válido como base de nuestra comprensión de los fenómenos cuánticos.

3voto

Nick Puntos 583

La mecánica cuántica y las teorías de la mecánica cuántica son totalmente independientes de las clásicas. Las teorías clásicas pueden aparecer y a menudo aparecen como límites de las teorías cuánticas. Este es el caso de todas las teorías de "libro de texto" - porque el límite clásico se conocía antes que la teoría cuántica completa, y la teoría cuántica se "adivinaba" añadiendo los sombreros a la clásica. En una categoría de casos, la teoría cuántica completa puede ser "ingeniería inversa" del límite clásico.

Sin embargo, uno debe darse cuenta de que esta situación es sólo un artefacto de la historia de la física en la Tierra y no es generalmente cierto. Hay teorías clásicas que no pueden ser cuantificadas - por ejemplo, las teorías de campo con anomalías de calibre - y hay teorías cuánticas que no tienen límites clásicos - por ejemplo, la sexta dimensión $(2,0)$ la teoría de campo superconforme en la fase ininterrumpida. Además, es típico que las versiones cuánticas de las teorías clásicas conduzcan a nuevas ambigüedades de ordenamiento (la identidad de todos los $O( \hbar ^k)$ términos en el hamiltoniano es indeterminado por el límite clásico en el que todas las opciones de esta forma se desvanecen, de todos modos), las divergencias, y los nuevos parámetros y la renormalización de los mismos que hay que aplicar.

Además, las predicciones de la mecánica cuántica no necesitan muletas clásicas. La mecánica cuántica trabaja independientemente de sus límites clásicos, y el comportamiento clásico puede ser deducido de la mecánica cuántica y nada más en el límite requerido. Históricamente, la gente discutió la mecánica cuántica como una herramienta para describir el mundo microscópico solamente, asumiendo que los grandes objetos seguían la lógica clásica. La gente de Copenhague dividió el mundo en estos dos submundos, de una manera ad hoc, y eso simplificó su razonamiento porque no necesitaban estudiar la física cuántica de los dispositivos de medición macroscópica, etc.

Pero hoy en día, comprendemos plenamente el mecanismo físico real - la decoherencia - que es responsable del surgimiento de la lógica clásica en los límites correctos. Debido a la decoherencia, que es un mecanismo que sólo depende de las reglas de la mecánica cuántica, sabemos que la mecánica cuántica se aplica tanto a los objetos pequeños como a los grandes, a todos los objetos del mundo, y el comportamiento clásico es una consecuencia aproximada, una ley emergente.

Para conocer la evolución en el tiempo, se necesita conocer el Hamiltoniano - o algo equivalente que determine la dinámica. La frase anterior es cierta tanto en la física clásica como en la mecánica cuántica, por razones similares, pero independientemente. Si una teoría clásica es un límite de una teoría cuántica, por supuesto también significa que su Hamiltoniano clásico puede ser derivado como un límite del Hamiltoniano cuántico. Por supuesto, si no conoces el operador Hamiltoniano, no podrás determinar la dinámica y la evolución con el tiempo. Adivinar el Hamiltoniano cuántico a partir de su límite clásico es una forma frecuente, pero de ninguna manera "universalmente inevitable", de encontrar un Hamiltoniano cuántico de una teoría cuántica.

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