Quina diferència hi ha entre la mecànica clàssica i la mecànica quàntica?


Resposta 1:

La física quàntica o la física clàssica o la física relativista, la física és física? Són les lleis de la naturalesa, per què hi ha un conjunt de lleis separades?

Comencem amb la física clàssica. Com el seu nom indica, és clàssic. Els fonaments per a això van ser establerts per científics del segle XVII, com Galileu, Sir Newton, Kepler, que van desvelar els misteris de les forces, el moviment i, finalment, la gravetat. Això va ser molt important, ja que abans de Newton, realment no teníem ni idea de quina força feia i quina va ser la causa del moviment. Encara avui, tret que hagis cursat un curs de ciències, hi ha molt bones possibilitats de no saber què fa la força. Després van venir les lleis de l’electromagnetisme. Els fonaments d'aquesta fundació van ser establerts per científics del segle XIX, com Oersted, Micheal Faraday, Andre Ampere, el mestre escocès James Clerk Maxwell. Van ser capaços de desxifrar les lleis de l'electromagnetisme. Juntament amb aquesta i algunes altres branques, com ara la mecànica de fluids, la termodinàmica, es tracta de la física clàssica. En resum, la física clàssica és les regles que regeixen les coses a un nivell que veiem i interactuem amb la natura, quotidianament.

Però, a la fi del segle XIX i principis del segle XX, ens vam adonar que algunes coses no es van sumar. En diverses parts de la física, especialment l'electromagnetisme, els experiments no coincideixen amb els resultats teòrics previstos. Amb una investigació més minuciosa ens vam adonar que la física clàssica comença a donar resultats absolutament absurds i horribles. Així ens vam adonar que la física era incompleta. Hi va haver consells sobre alguna cosa horriblement equivocada en totes les nostres prediccions de la física clàssica quan vam intentar aplicar-la a partícules minúscules. Sense entrar en detalls massa, el principal problema era que la física clàssica preveia que tot era fluix i continu. Que les coses es poden dividir infinitament. Aviat ens vam adonar que això no era cert. Coses, com l’energia, no es poden dividir indefinidament, però existeix una quanta mínima. I l’energia només pot provenir de múltiples integrals d’aquest quanta. Així va néixer la mecànica quàntica.

La mecànica quàntica és l’estudi de partícules minúscules, on tot té una mida mínima de pas, una quanta. Les mides de pas són tan petites, que quan ens fixem en coses grans (objectes macroscòpics) aquestes quanta no tenen cap paper i podríem suposar que les coses són bones, però a nivell microscòpic, aquestes suposicions fracassen miserablement.

Aquí hi ha una analogia que m’agrada donar.

Penseu en una rampa i una escala. Si teniu una rampa, podeu col·locar-vos a qualsevol lloc a la rampa. Però una escala té una mida mínima del graó i només es pot aguantar a altures específiques (múltiples múltiples integrals de l'escala)

Imagineu-vos una escala que parteix del vostre pis i condueix al vostre sostre. Imagineu-vos que aquesta escala té 25000 escales. Com de petits serien els passos? Ho sé bé? Tan increïblement petit. Si hi poseu una pilota de tennis, es rodaria. Si hi poseu el fill, el nen es llisca cap avall, cada experiment que feu en aquest "cas de l'escala" confirmarà que es tracta d'una rampa. Perquè es comporta com una rampa. Però només quan realitzis experiments acurats, amb objectes molt minúsculs, veuríeu la veritable naturalesa d’aquest cas d’escala. Així és el nostre univers. Espero que pugueu comprendre què és la física clàssica i la física quàntica en aquesta analogia de 25000 escales insanes ;-)

Gràcies per llegir, passeu un bon dia


Resposta 2:

Històricament, la mecànica clàssica va arribar primer, mentre que la mecànica quàntica és una invenció relativament recent. La mecànica clàssica es va originar amb les lleis del moviment d’Isaac Newton a Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica; La Mecànica Quàntica es va descobrir a principis del segle XX. Ambdues es consideren habitualment que constitueixen el coneixement més cert sobre la naturalesa física. Sovint, la mecànica clàssica ha estat considerada un model per a altres anomenades ciències exactes. En aquest sentit, és fonamental l’ús extensiu de les matemàtiques en les teories, així com el paper decisiu que experimenta la seva generació i prova.

La mecànica quàntica té un abast més gran, ja que engloba la mecànica clàssica com a sub-disciplina que s'aplica en determinades circumstàncies restringides. Segons el principi de correspondència, no hi ha cap contradicció ni conflicte entre els dos subjectes, cadascun dels quals es refereix a situacions específiques. El principi de correspondència estableix que el comportament dels sistemes descrits per les teories quàntiques reprodueix la física clàssica en el límit de grans quantitats. La mecànica quàntica ha substituït la mecànica clàssica a nivell de fonamentació i és indispensable per a l’explicació i predicció de processos a nivell molecular, atòmic i subatòmic. No obstant això, per a processos macroscòpics, la mecànica clàssica és capaç de resoldre problemes difícilment manejables en la mecànica quàntica i, per tant, és útil i ben utilitzada. Les descripcions modernes d'aquest comportament comencen amb una definició acurada de quantitats com el desplaçament (distància desplaçada), el temps, la velocitat, l'acceleració, la massa i la força. Fins fa uns 400 anys, però, la moció s’explicava des d’un punt de vista molt diferent. Per exemple, seguint les idees del filòsof i científic grec Aristòtil, els científics van raonar que una bola de canó cau perquè la seva posició natural es troba a la Terra; el sol, la lluna i les estrelles viatgen en cercles al voltant de la terra perquè és la naturalesa dels objectes celestials viatjar en cercles perfectes.

Sovint citat com el pare de la ciència moderna, Galileu va reunir les idees d’altres grans pensadors del seu temps i va començar a analitzar el moviment en termes de distància recorreguda des d’alguna posició inicial i del temps que va trigar. Va mostrar que la velocitat de caure objectes augmenta constantment durant el temps de la seva caiguda. Aquesta acceleració és la mateixa per als objectes pesats que per als lleugers, sempre que es descompti la fricció de l’aire (resistència a l’aire). El matemàtic i físic anglès Isaac Newton va millorar aquesta anàlisi definint la força i la massa i relacionant-les amb l'acceleració. Per a objectes que viatjaven a velocitats properes a la velocitat de la llum, les lleis de Newton van ser substituïdes per la teoria de la relativitat d'Albert Einstein. Per a les partícules atòmiques i subatòmiques, les lleis de Newton van ser substituïdes per la teoria quàntica. No obstant això, per als fenòmens quotidians, les tres lleis del moviment de Newton continuen sent la pedra angular de la dinàmica, que és l'estudi del que causa el moviment.


Resposta 3:

Històricament, la mecànica clàssica va arribar primer, mentre que la mecànica quàntica és una invenció relativament recent. La mecànica clàssica es va originar amb les lleis del moviment d’Isaac Newton a Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica; La Mecànica Quàntica es va descobrir a principis del segle XX. Ambdues es consideren habitualment que constitueixen el coneixement més cert sobre la naturalesa física. Sovint, la mecànica clàssica ha estat considerada un model per a altres anomenades ciències exactes. En aquest sentit, és fonamental l’ús extensiu de les matemàtiques en les teories, així com el paper decisiu que experimenta la seva generació i prova.

La mecànica quàntica té un abast més gran, ja que engloba la mecànica clàssica com a sub-disciplina que s'aplica en determinades circumstàncies restringides. Segons el principi de correspondència, no hi ha cap contradicció ni conflicte entre els dos subjectes, cadascun dels quals es refereix a situacions específiques. El principi de correspondència estableix que el comportament dels sistemes descrits per les teories quàntiques reprodueix la física clàssica en el límit de grans quantitats. La mecànica quàntica ha substituït la mecànica clàssica a nivell de fonamentació i és indispensable per a l’explicació i predicció de processos a nivell molecular, atòmic i subatòmic. No obstant això, per a processos macroscòpics, la mecànica clàssica és capaç de resoldre problemes difícilment manejables en la mecànica quàntica i, per tant, és útil i ben utilitzada. Les descripcions modernes d'aquest comportament comencen amb una definició acurada de quantitats com el desplaçament (distància desplaçada), el temps, la velocitat, l'acceleració, la massa i la força. Fins fa uns 400 anys, però, la moció s’explicava des d’un punt de vista molt diferent. Per exemple, seguint les idees del filòsof i científic grec Aristòtil, els científics van raonar que una bola de canó cau perquè la seva posició natural es troba a la Terra; el sol, la lluna i les estrelles viatgen en cercles al voltant de la terra perquè és la naturalesa dels objectes celestials viatjar en cercles perfectes.

Sovint citat com el pare de la ciència moderna, Galileu va reunir les idees d’altres grans pensadors del seu temps i va començar a analitzar el moviment en termes de distància recorreguda des d’alguna posició inicial i del temps que va trigar. Va mostrar que la velocitat de caure objectes augmenta constantment durant el temps de la seva caiguda. Aquesta acceleració és la mateixa per als objectes pesats que per als lleugers, sempre que es descompti la fricció de l’aire (resistència a l’aire). El matemàtic i físic anglès Isaac Newton va millorar aquesta anàlisi definint la força i la massa i relacionant-les amb l'acceleració. Per a objectes que viatjaven a velocitats properes a la velocitat de la llum, les lleis de Newton van ser substituïdes per la teoria de la relativitat d'Albert Einstein. Per a les partícules atòmiques i subatòmiques, les lleis de Newton van ser substituïdes per la teoria quàntica. No obstant això, per als fenòmens quotidians, les tres lleis del moviment de Newton continuen sent la pedra angular de la dinàmica, que és l'estudi del que causa el moviment.