¿Por qué los efectos cuánticos no ocurren en objetos más grandes que unos pocos miles de átomos?

Answer 1

Voy a tomar una puñalada en este caso. Si estoy interpretando correctamente, por efectos cuánticos, uno se refiere a un comportamiento característico como la superposición de estados. La respuesta corta es: la decoherencia elimina cualquier comportamiento cuántico antes de que podamos observar sus efectos. Ahora para la respuesta larga. Cualquier objeto de este tipo (ya sea mesoscópico o macroscópico) está en constante interacción con el entorno y, por lo tanto, su función de onda se enreda inevitablemente con la de este último. Esta es la idea básica de la decoherencia. Este principio bastante simple es suficiente (en gran medida en mi opinión) para mostrar por qué el comportamiento “clásico” parece estar operando para los objetos en cuestión.

¿Se pueden observar efectos cuánticos para tales objetos? Sí. Una de las hipótesis de la decoherencia es que si uno puede controlar la cantidad de interacción con el entorno, entonces puede (en principio) observar los efectos cuánticos para tales objetos. Esto ha sido probado para objetos mesoscópicos como las moléculas C-60, en donde los experimentos demostraron que bajo condiciones adecuadas, se puede obtener el patrón de interferencia estándar para un experimento de doble rendija usando estas moléculas. Consulte el enlace para obtener más detalles (http://cms.iafe.uba.ar/carmen/do…). Lea sobre la decoherencia y verá por qué los objetos macroscópicos son tan “clásicos” en su comportamiento. Espero que esto ayude.

Answer 2

¡Oh, pero lo hacen!

Algunos son completamente “extraños”, porque el comportamiento cuántico está fuera de la experiencia cotidiana. Cosas como el helio líquido es superfluido, o superconductividad.

Algunos son un poco inusuales, pero no del todo desconocidos. Imanes permanentes, por ejemplo. Ese es un efecto de giro cuántico, y en realidad es tan difícil de modelar o predecir matemáticamente como lo son los superconductores. Google “Pixie Dust” en el contexto de la tecnología de disco duro, por ejemplo.

Tampoco podríamos haber tenido unidades de disco sin los efectos magnetoresistivos grandes, gigantes, enormes y colosales. Las cabezas de lectura son pequeñas, pero definitivamente más grandes que solo unos pocos átomos. Los nombres indican el grado de sorpresa cuando se descubrieron, cada uno más grande y más cuántico que el anterior.

Otros efectos cuánticos son tan comunes que no los consideramos inusuales, por no hablar de la explicación de la física cuántica. Y sin embargo … los metales conducen la electricidad. ¿Por qué? Porque los electrones son fermiones, y no hay dos que puedan estar en el mismo estado. Entonces, en lugar de enlaces localizados como los que se encuentran en los aisladores, hay un “mar” de electrones diseminados a través de cualquier masa macroscópica de metal, con cada electrón en un estado ligeramente diferente. (Los enlaces locales también requieren de la física cuántica para explicar, pero están restringidos a dos o unos pocos átomos en el alcance).

La conductividad eléctrica ordinaria es tan cuántica a gran escala como la superconductividad, pero tan común la consideramos como “normal”.

Answer 3

¿Quién dice que no?

Aquí hay un ejemplo directamente de Wikipedia:

Este es un contenedor de helio líquido en estado superfluido. No sé cuántos átomos hay en el contenedor que se muestra aquí, pero es una apuesta segura que son muchos, muchos órdenes de magnitud mayores que mil.

Los efectos cuánticos observables no suelen ocurrir en los objetos macroscópicos cotidianos porque sus átomos individuales no están en un estado coherente. Por lo tanto, cualquier efecto cuántico se promedia básicamente cuando hacemos una medición del objeto macroscópico.

Pero hay otros ejemplos de efectos cuánticos en una escala macroscópica, incluidos los rayos láser y los superconductores.

Answer 4

Tengo una sensación al respecto, aún no confirmada por ningún experimento sobre el que haya leído, que hay una línea divisoria entre los objetos que tienen memoria y los que no.

Esto explicaría por qué vemos informes de experimentos que producen franjas de interferencia cuando las moléculas de fullereno de Buckminster (buckyballs) se activan en el experimento de doble rendija, pero las longitudes de ADN no lo hacen. Las Buckyballs tienen 60 (o 70) átomos de carbono, pero si intercambias uno por otro, nadie sería más sabio; pero una longitud de ADN tiene todo tipo de memoria (en su metilación, en sus longitudes de telómeros y en su posicionamiento de pares de bases).

Las longitudes de ADN podrían configurarse para recordar por qué parte del experimento habían pasado, por lo que siempre deberían comportarse como partículas y nunca como ondas.

La siguiente pregunta sería cómo el experimento de doble rendija sabría que la partícula de onda que pasa podría tener la capacidad de recordar (independientemente de si esa capacidad estaba siendo involucrada en ese experimento en particular). Mi sentimiento (solo para cerrar el sentimiento al comienzo de mi respuesta) es que debe haber alguna propiedad no lineal o asimétrica de tales objetos.

Answer 5

Creo que hay un gran malentendido aquí y no se explica completamente.

Todos los objetos obedecen las reglas de la mecánica cuántica !!! La cosa es que la mecánica clásica está totalmente de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, pero no al revés siempre.

Es solo que, la naturaleza de onda de los objetos macroscópicos (que sería un fenómeno puramente cuántico), no se puede observar ya que la longitud de onda de un objeto de todos los días sería más pequeña que un núcleo atómico.

La longitud de onda de Broglie es h / mv, donde h = constante de Planck, m = masa del objeto, v = velocidad.

A partir de esta fórmula, se puede ver que si la velocidad pudiera reducirse de alguna manera, entonces, incluso para una masa grande, la longitud de onda también podría ser lo suficientemente grande como para ser observable. Ahora, la cosa es que esto solo es posible a temperaturas cercanas al cero absoluto, ya que la energía térmica / térmica hace que todas las cosas vibren normalmente. Si no lo supieras, el calor es básicamente la energía cinética de las moléculas / átomos a medida que se mueven.

Por lo tanto, vemos, cerca del cero absoluto, todo tipo de fases funky de la materia emergen como los condensados ​​de Bose-Einstein, los superfluidos, etc., incluso con una gran cantidad de átomos.

Answer 6

Una respuesta que no vi en esta lista es una demostración del Teorema de Bell con filtros de luz polarizada. En este experimento, puede ver macroscópicamente la naturaleza cuántica mecánica (probabilística) del campo de la electrodinámica cuántica de la luz. Es un poco genial, aquí hay un video:

Answer 7

Todos los objetos obedecen las leyes de la mecánica cuántica. Pero las longitudes de onda de los objetos masivos tienden a ser mucho más pequeñas que su tamaño físico, por lo que es difícil notar los efectos.

Answer 8

Una mejor manera de verlo es volver a la teoría de la probabilidad básica.
Cuanto mayor sea su muestra, mayor será la probabilidad de que la muestra represente a la población. Si muestras a toda la población, por supuesto, la respuesta es exacta. Si está muestreando menos de 10, entonces está seriamente en la zona de si la muestra no es significativa. En general, por debajo de aproximadamente 7 muestras, todos los resultados carecen de significado porque el nivel de certeza cae por debajo de un nivel significativo.

Los efectos cuánticos son realmente cosas que no esperaría de su muestreo. En un sistema cuántico grande, todos los comportamientos individuales se promedian. En otras palabras, la muestra se ha vuelto tan grande que las variaciones en los grupos de muestra de la población son cero en todos los intentos y propósitos. En otras palabras, la teoría de la probabilidad tiene poca importancia. Sólo tomas el promedio. En tal sistema, la teoría cuántica, que trata fundamentalmente de las probabilidades, no tiene relevancia.

Answer 9

¡Ellas hacen! El experimento LIGO – Wikipedia, por ejemplo, para detectar ondas gravitacionales tiene que ser tan sensible al movimiento que se deben tener en cuenta los efectos cuánticos sobre la posición del equipo macroscópico.

Answer 10

Hay un ejemplo aún más simple que los que he visto aquí: mayonesa El “efecto mayonesa” explica el desglose de la ecuación de viscosidad de 1929.

Hendrik Casimir y otros se dieron cuenta de que la física existente no podía explicar algunas de las características de las soluciones coloidales, de las cuales la mayonesa es un ejemplo sabroso. Esto condujo a una de las primeras pruebas de energía de vacío: Wikipedia, predicha por la teoría cuántica de campos.

Answer 11

Los condensados ​​de Bose-Einstein se forman a partir de varios millones de átomos que caen en el mismo estado cuántico a temperaturas cercanas al cero absoluto. Este es un efecto cuántico. La razón por la que la mayoría de los objetos más grandes no exhiben efectos cuánticos es que están calientes y, por lo tanto, irradian fotones infrarrojos que tienen el efecto de localizarlos en el espacio por decoherencia. Hay un experimento fascinante que exhibió este fenómeno utilizando Buckyballs C60: http://vcq.quantum.at/fileadmin/… .