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¿Cómo tan extraño comportamiento microscópico en el nivel atómico (mecánica cuántica) llevar a que el comportamiento macroscópico a nuestro nivel?

Así que, yo solo soy un estudiante de secundaria de la investigación de la física cuántica, y me parece muy interesante. Sin embargo, hay una pregunta que siempre fastidia a mí en la parte de atrás de mi cabeza. ¿Cómo es exactamente lo extraño de conductas como el paralelismo cuántico que se producen en el nivel atómico conducen a los comportamientos que consideramos normal en el diario tamaños y escalas? Es decir, ¿qué es lo que tiene tener tantos átomos juntos (física clásica) que los hace comportarse de manera muy diferente de la forma en que un solo átomo se comporta (física cuántica)?

Lo siento si parece que no sé de qué estoy hablando... porque no puedo! Por lo tanto, si hay cualquier malentendido en mi nombre, por favor, dime lo que realmente se puede aprender algo... :)

Gracias de antemano!

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Alexander Puntos 3598

Es decir, ¿qué es lo que tiene tener tantos átomos juntos (física clásica) que los hace comportarse de manera muy diferente de la forma en que un solo átomo se comporta (física cuántica)?

Esta diferencia es aún no se entiende completamente y no a causa de una falta de intentos. No estoy de acuerdo con Terry que podemos modelar este en un matemáticamente de manera correcta, y yo incluso iría tan lejos como para decir que no pueda ser resuelto por una comprensión más profunda de la microscopics. David se refirió a la decoherencia, lo que explica algunas de sus propiedades, bajo la condición de que no hay correlaciones, pero en los materiales de los bits interesantes son a menudo causados por dichas correlaciones.

No tendríamos cosas como el magnetismo, superconductividad, espintrónica y otros fenómenos sin correlaciones. Parte de esta área de la física se resume en la P. W. Anderson: "Más es diferente" (Ciencia 177, 4047, 1972).

Un primer enfoque es a estos problemas es la teoría de campo medio. Modelo de una sola partícula, junto con un medio campo en el que la partícula está incrustado. Al mismo tiempo, este campo es causada por la suma de todas las demás que rodean las partículas. Este simple modelo explica algunas partes, pero a menudo se rompe completamente. Un enfoque moderno de esos fenómenos es renormalization teoría de grupos, donde intenta primer modelo microscópico del sistema y, a continuación, tratar de extender esto varias veces para entender los comportamientos macroscópicos.

Las correlaciones son la razón principal por la que los efectos cuánticos se puede ver la vida real de los materiales y el por qué de muchas partículas pueden comportarse totalmente diferente, entonces un solo átomo.

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Terry Bollinger Puntos 11535

Brandon, la simple verdad es que solo se le preguntó uno de los más difíciles y menos comprendidos de preguntas en todas las de la física. Así que, no te sientas mal si no lo entiendo muy bien, porque, er... nadie más lo hace realmente bien?

No es que nosotros no podemos modelo de este material matemáticamente. Disparar, Richard Feynman, en versión de algo que se llama la Electrodinámica Cuántica (QED), que es una especie de la mecánica cuántica se fusionó con la teoría de Einstein de la relatividad especial, es sin duda el más con exactitud predictiva de la teoría en todos los de la física. (O era, no he siguió la pista de los últimos tiempos.) El problema es que cada vez que uso tan precisas teorías, no podemos dejar de tirar un poco de la vida cotidiana en la mezcla, como una especie de ensalada en la que mezclamos cosas más por gusto que por reglas precisas.

Así, por ejemplo, de Feynman de la QED teoría es increíblemente preciso en la predicción de cómo un electrón en un lugar y estado (por ejemplo, velocidad) llega a algún otro lugar y el estado. Sin embargo, para establecer los electrones en un experimento real -- para crear la ubicación y el estado en el que se describe en la QED problema de configuración, debe utilizar equipo en el mundo real. Y que es la mosca en el ungüento (o es el ingrediente secreto en que la ensalada?): El mundo real, el programa de instalación para cualquier problema de física es inevitablemente incrustado en algunos puntos, en la vida cotidiana de los conceptos de la física como "ordinarias" o irreversible del tiempo. Una vez que lanzas algo como el tiempo ordinario en la mezcla, todo el bien reversible de propiedades de tiempo en la escala atómica ya no se aplican, al menos no para el experimento como un todo. O expresado de forma un poco diferente: todos los días de la física parece engendrar más cotidiano de la física. Que es la falla va a encontrar, en algún nivel, en cada experimento mirando a la física de las escalas diminutas. Tiene que ser de esa manera, ya que de lo contrario ¿cómo nosotros, como a gran escala de las criaturas cada encontramos saber sobre el resultado en el primer lugar?

Así que, como la increíble físico John Bell dijo una vez mientras dándole vueltas a casi la misma pregunta que te acabo de preguntar (a la que nunca pudo realmente respuesta; eso es lo difícil que es!), la gente que hacen los físicos experimentales sólo una especie de desarrollar una "sensación" de que cuando se deje de aplicar la física cuántica y empezar a aplicar todos los días (o "clásica") de la física. El tiempo es una parte muy importante de la transición: Si el tiempo es reversible, es casi seguro que cuántica, y si no, es probable que sea mejor tratado como todos los días (o clásica). El tamaño es menos fiable, pero para la mayoría de los fenómenos en temperaturas normales, la física clásica comienza a patear en en aproximadamente el tamaño de un mediano molécula, decir una bola hueca. Esa métrica es muy poco fiable en general, sin embargo, desde cosas tan comunes como un reflejo de una pieza de plata son profundamente los eventos cuánticos que no pueden ser modelados usando sólo la física clásica. Disparar, el tamaño es una profunda fenómeno cuántico, y así es la química. Sin la mecánica cuántica de entrar en, prefiero ser parte de algunas de las grandes big negro entero, y por lo tanto no habría de tener esta conversación.

Voy a terminar por recomendar un libro: Richard Feynman "QED: La Extraña Teoría de la Luz y la Materia." Es rústica, barato, casi no utiliza las matemáticas, sin embargo, proporciona una profunda y precisa de conocimientos en que muy precisas de la teoría cuántica que he mencionado anteriormente. Yo no digo que va a responder a su pregunta, pero al menos, estarán presentes el muy no-funciones intuitivas de la mecánica cuántica acerca de tan claramente y claramente como sea posible.

Buena suerte!

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Daniel Broekman Puntos 1951

Hay un fenómeno llamado decoherencia en la mecánica cuántica, que es en gran parte responsable de esto. Básicamente, (la siguiente es una simplificación), todo por el extraño comportamiento que se produce en QM tiende a ocurrir cuando el wavefunctions de diferentes partículas están en fase. La decoherencia se produce cuando las fases son aleatorios, así que no hay especial de correlación entre las diferentes partículas. En ese caso, las propiedades de las partículas tienden a combinar de la manera que nosotros esperamos de ellos de forma clásica.

Un decente (pero muy básico) analogía para esto sería como tener un montón de coches idénticos cuyos conductores que todos dirigen sus señales de giro a la misma vez. Las señales de giro sería de parpadear juntos, así que diría que están en fase. Pero en un camino real, que no es el caso en todos; los diferentes controladores de vuelta a sus señales de giro en los diferentes, casi de forma aleatoria. Y además de eso, hay muchos modelos diferentes de coches cuyas señales de giro parpadear a un ritmo diferente. Por tanto esas razones, las señales de giro en una carretera no están en fase. Que es algo así como la decoherencia.

La razón por la que menciono esto es que he publicado una respuesta acerca de lo que usted podría estar interesado en leer. La esencia de esa respuesta es que cuando usted tiene un pequeño sistema como una única partícula, cualquier interacción hace una gran diferencia en el sistema de impulso. Pero la misma interacción va a hacer sólo un poco de diferencia a un sistema que contiene un gran número de partículas parcialmente con la no correlación momenta, como un dispositivo de medición. Ahora, en los párrafos anteriores, he hablado acerca de fase, mientras que mi otra respuesta, habla acerca de el impulso, pero la idea de involucrados es similar en ambos casos.

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alwyn Puntos 31

Los objetos macroscópicos tiene una masa lo suficientemente grande. Su uncertainity se vuelve despreciable. Echemos un vistazo a Heisenberg de la ecuación: $$\Delta x\cdot\Delta p\geq \hbar/2$$ $p$ es el impulso. Si la masa es grande, al lado izquierdo se vuelve grande como $\Delta p=m\Delta v$. La constante de Planck tiene una orden de $10^-34$, por lo que el uncertainities en la posición y la velocidad puede ser bastante pequeña una vez que se efectúa una observación. No uncertainity$\implies$ sin efectos cuánticos. El tamaño de la función de onda es atado por uncertainity (también se puede decir que es atado por los que la longitud De onda De De Broglie, que viene a ser casi lo mismo)

2voto

Giacomo Verticale Puntos 1035

Se preguntó, ¿qué es lo que tiene tener tantos átomos juntos (física clásica) que los hace comportarse de manera muy diferente de la forma en que un solo átomo se comporta (física cuántica)?

La respuesta a tu pregunta es la ley de los grandes números. Esto explica el hecho de que un gran agregado de átomos se comporta mucho más regular de pequeños sistemas. Ya que casi todo accesible a nuestros sentidos se compone de un enorme número de átomos, típicamente $>10^{20}$ de ellos, de nuestros sentidos sólo observe el comportamiento promedio, que es mucho más regular que el comportamiento detallado de los átomos individuales.

La ley de los grandes números es el más básico principio de la teoría de la probabilidad, y es la base de todas las estadísticas. En la física, la disciplina de la mecánica estadística trata de la cooperativa de efectos que se siguen de la ley de los grandes números aplicada a colecciones enormes de átomos. De hecho, normalmente lo hace con el llamado límite termodinámico, que es la idealización que el número de partículas es infinito.

En el límite termodinámico, las predicciones probabilísticas de la ley de los grandes números se convierten en certezas certezas, y microscópico de las leyes permiten derivar las leyes macroscópicas de la termodinámica. El último regulan el comportamiento de los macroscópico de órganos y fluidos, dando lugar a las leyes que rigen la hidrodinámica, la elasticidad de la teoría, o los equilibrios de fase. También dan la ley de acción de masas que rigen las reacciones químicas.

Por supuesto, el límite termodinámico es una aproximación, pero para objetos macroscópicos una muy buena. Esta es la razón por la que uno tiene que ir a escalas diminutas para descubrir la menos intuitiva del comportamiento de los sistemas cuánticos.

Si deseas leer más a lo largo de estas líneas, mira en la Parte II: la Mecánica Estadística de Clásica y la Mecánica Cuántica a través de álgebras de Lie.

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