Apa perbedaan utama antara teori kuantum dan teori klasik?


Jawaban 1:

Salah satu misteri mekanika kuantum adalah apa yang disebut dualitas partikel gelombang. Objek kuantum berperilaku seperti gelombang sampai diukur, pada titik mana ia menjadi terlokalisasi seperti sebuah partikel. Sebagai contoh, cahaya, yang kita anggap sebagai gelombang terdeteksi dalam satuan diskrit yang disebut foton, sementara elektron, yang kita anggap sebagai partikel, dapat mengganggu seperti gelombang. Secara klasik, gelombang adalah gelombang dan partikel adalah partikel.

Ada sifat aneh lain dari mekanika kuantum yang cukup mendalam. Dalam mekanika kuantum Anda tidak dapat mematikan interaksi. Saya akan mencoba menjelaskan ini secara lebih rinci di bawah ini.

Dalam fisika klasik, Anda dapat mematikan interaksi dengan mengatur salah satu komponen menjadi nol. Misalnya, ambil cahaya. Kita dapat menurunkan amplitudo seberkas cahaya hingga nol. Pada saat itu cahaya seharusnya tidak lagi memiliki pengaruh. Ini tidak mungkin dalam mekanika kuantum dan alasannya adalah bahwa ada kekosongan kuantum.

Contoh paling penting tentang bagaimana vakum kuantum mempengaruhi sistem fisik adalah atom biasa. Jika sebuah atom dalam keadaan tereksitasi, itu harus stabil sesuai dengan pengobatan kuantum atom saja.

Jika kita menganggap cahaya sebagai gelombang klasik, ia dapat berinteraksi dengan atom melalui momen dipolnya menurut

HI=d^EH_I=\hat{d}\cdot E

dimana

EE

adalah medan listrik di atom. Bentuk interaksi ini bekerja untuk banyak kasus kecuali ketika

E=0E=0

. Dalam hal ini, Anda telah mematikan medan listrik dan atom stabil, meskipun dalam keadaan tereksitasi. Tentu saja kami tidak mengamati ini dalam kenyataan. Solusinya adalah segala sesuatu harus diperlakukan secara kuantum secara mekanis, termasuk bidangnya.

Dalam mekanika kuantum, apa pun yang dapat kita ukur harus diwakili oleh operator. Operator bertindak pada status kuantum. Dalam kasus medan listrik,

EE

sekarang menjadi operator,

E^\hat{E}

yang bertindak pada keadaan lapangan. Sekarang kita tidak bisa mengatur operator ke nol. Kita dapat mengatur status ke nol, tetapi itu disebut kondisi vakum, dan masih merupakan kondisi bidang yang valid. Oleh karena itu interaksi tidak hilang dalam gambar mekanika kuantum. Ini menjelaskan mengapa atom tereksitasi membusuk dengan memancarkan foton, sebuah fenomena yang dikenal sebagai emisi spontan.

Menariknya, Einstein sebenarnya meramalkan bahwa emisi spontan harus terjadi secara fenomenologis, tetapi pada saat itu pengobatan kuantum penuh dari interaksi materi-cahaya belum dikembangkan. Dia juga meramalkan laser dengan baik sebelum dikembangkan.

Secara keseluruhan, gagasan bahwa medan kuantum ada di mana-mana, bahkan dalam keadaan hampa, adalah wawasan yang kuat tentang sifat kuantum realitas dan sesuatu yang sama sekali tidak ada dalam fisika klasik. Ini adalah salah satu alasan yang sering dianggap oleh fisikawan bahwa realitas pada akhirnya harus dijelaskan oleh mekanika kuantum.


Jawaban 2:

Ada sedikit perbedaan antara kedua teori, baik untuk sebagian besar, mengikuti aturan yang ketat untuk memastikan reproduksibilitas dan pengukuran. Cara lain yang sedikit lebih merendahkan dan tidak akurat untuk menggambarkan fisika Klasik adalah dengan menyatakan bahwa ia rusak ketika diterapkan pada benda yang sangat kecil seperti atom atau benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya. Mengapa saya mengatakan bahwa pernyataan itu:

"Fisika klasik rusak ketika diterapkan pada benda yang sangat kecil seperti atom atau benda yang bergerak dengan kecepatan cahaya." tidak akurat?

Pernyataan ini dibuat dengan cara yang sepenuhnya tidak memihak dan dengan mengacu pada definisi epistemologis yang diikuti oleh mekanika klasik. Jika dilihat dari sudut pandang ini, tidak ada perbedaan antara tujuan mekanika kuantum dan fisika klasik yang dinyatakan, keduanya mengikuti tujuan yang sama; yaitu untuk menjelaskan fenomena alam. Pertanyaannya adalah apakah mereka berhasil? Kita tahu bahwa mekanika klasik gagal menjelaskan banyak fenomena pada tingkat sub-atom, tetapi ini bukan karena kesalahan inheren dalam sistem seperti yang sering diklaim, tetapi lebih karena kurangnya solusi yang jelas. Apakah secara logis atau moral benar untuk menyatakan dengan tegas bahwa Fisika Klasik runtuh pada titik ini dan fisika yang benar-benar baru diperlukan untuk menjelaskan alam sejak saat ini? Saya pikir tidak. Yang diperlukan hanyalah waktu untuk menemukan solusi, waktu yang sayangnya tidak akan datang.

Ketika waktu diambil untuk memeriksa kesimpulan dan solusi yang ditawarkan oleh mekanika kuantum yang menggunakan pendekatan statistik daripada empiris, segera menjadi jelas bahwa tidak hanya kesimpulan dan solusi ini yang sangat mencurigakan tetapi juga didasarkan pada matematika yang sama-sama dicurigai. Dimulai dari awal dengan penemuan Max Planck tentang kuanta cahaya, semua yang ia temukan didasarkan pada metode fisika Klasik, meskipun pada saat itu penggunaan statistik akan dianggap sangat kontroversial, metode matematika yang digunakan masih harus diverifikasi oleh norma-norma fisika klasik. Oleh karena itu penemuan kuanta cahaya dicapai melalui bukti eksperimental yang dapat direproduksi yang dapat dengan mudah ditiru hingga hari ini. Karena itu, tidak ada keraguan mengenai temuan Max Planck bahwa semua energi dikuantisasi dan diskrit bahwa kuanta ini ditemukan dalam banyak aksi fisik kuantum yang jumlahnya sangat kecil disebut sebagai konstanta planck.

Semuanya baik-baik saja sampai saat ini. Tidak ada perbedaan nyata antara fisika klasik dan mekanika kuantum. Sebenarnya mengejutkan untuk mengetahui bahwa ada satu titik pasti di mana perpecahan antara fisika klasik dan mekanika kuantum terjadi. Segala sesuatu yang lain mudah dijelaskan dalam istilah fisika klasik. Bahkan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg diterima sampai batas tertentu oleh Fisika Klasik dengan alasan bahwa tidak dapat dihindari bahwa pada skala yang sangat kecil, bahwa pada titik tertentu tidak mungkin untuk mengamati jumlah energi atau jarak yang sangat kecil secara akurat. Perbedaan dengan mekanika kuantum ada dalam membiarkan pertanyaan terbuka "... tapi mungkin pada titik yang jauh di masa depan ...?" kata fisika klasik, "Tidak pernah!" kata mekanika kuantum. Penemuan laser kedua femto tampaknya merusak stand mekanika kuantum, tetapi mengesampingkannya untuk saat ini.

Ambil struktur atom, sekali lagi ini didasarkan hampir seluruhnya pada prinsip-prinsip fisika klasik. Ketika Rutherford membelah atom, ia melakukannya dengan menggunakan metode klasik, bahkan konstanta planck belum ditemukan pada saat ini.

Jika teori mekanika kuantum dualitas gelombang-partikel benar-benar berlaku, apakah penemuan struktur atom bahkan mungkin? Akankah atom atau nukleus atau proton tetap sebagai partikel yang cukup lama bagi Rutherford untuk menemukan bahwa sebagian besar massa atom terkonsentrasi dalam nukleus? Pikirkan tentang itu; sedikit logika mistik pada bagian fisika klasik, tetapi yang sekali lagi dapat dengan mudah dijelaskan oleh mekanika kuantum menggunakan beberapa logika cerdik dan matematika yang sama cerdiknya. Dalam nada yang sama, bagaimana dengan spektrum atom? Sekali lagi tidak ada misteri di sini, ini didasarkan pada metode eksperimental yang dirumuskan jauh sebelum konstanta Planck tetapi yang hasilnya tetap cukup akurat untuk menjelaskan bagaimana energi dipertukarkan dalam atom melalui perubahan energi elektron.

Jadi sebagian besar penemuan mekanika kuantum yang benar-benar penting didasarkan pada norma-norma fisika klasik dan melibatkan bukti empiris. Di mana Fisika Klasik dan mekanika Quantum berbeda secara tajam adalah dengan adopsi dualitas gelombang-partikel.

Pada titik ini harus dinyatakan bahwa tidak ada yang salah sama sekali dalam menerapkan teori dualitas gelombang-partikel terhadap cahaya (foton). Bagaimanapun juga telah ditetapkan bahwa cahaya memiliki kecepatan terbatas tertentu dan bahwa ia selalu bergerak dengan kecepatan c (

3×1083 \times 10^{8}

m), tidak pernah ditemukan saat istirahat dan sebagainya. Premisnya adalah bahwa itu adalah gelombang dan bukti yang mendukung anggapan ini telah ada selama bertahun-tahun, untuk ini ditambahkan sifat diskrit, partikel seperti baru yang telah ditemukan oleh Planck dan diverifikasi dan dijelaskan kemudian oleh Einstein. Sejauh ini tidak ada yang bertentangan dan faktanya sekitar 60 tahun kemudian pada tahun 1980 ketika gelombang suara ultrasonik diciptakan yang menunjukkan sifat-sifat benda padat sehingga mereka dapat memecah batu, gagasan itu memasuki arus utama. Jadi tidak ada yang luar biasa dalam menganggap cahaya sebagai gelombang yang menunjukkan sifat seperti partikel.

Di mana hal-hal berantakan adalah ketika partikel-partikel seperti elektron proton, neutron dan atom itu sendiri dikaitkan dengan sifat seperti gelombang. Ini karena dihitung bahwa elektron bermuatan partikel dan karenanya harus memancarkan semua energinya dan jatuh ke dalam nukleus dalam beberapa detik pico. Untuk menjelaskan hal ini diusulkan bahwa elektron adalah gelombang atau partikel sesuai situasi yang dituntut. Asumsi inilah yang bertentangan dengan semua logika dan asumsi yang ada: bahwa sesuatu dapat berupa ini atau itu sesuai dengan situasi yang dituntut. Keadaan seperti itu bertentangan dengan semua logika, semua pengamatan dan semua pengalaman. Orang dapat mengatakan bahwa ya air di atas suhu seperti itu berubah menjadi uap atau di bawah suhu tertentu itu membeku menjadi es atau pada suhu normal itu adalah cair. Sayangnya dalam mekanika kuantum tidak ada keadaan atau kriteria yang memenuhi syarat di mana elektron mengasumsikan sifat-sifat gelombang atau padatan karena kondisi yang berlaku. Sebaliknya itu tergantung situasi. Aspek yang benar-benar konyol dari situasi ini adalah tidak berfungsi. Bayangkan sebuah foton dengan panjang gelombang 600 nm. Bagaimana bisa sebuah elektron berdiameter

109 10^{-9}

nm mungkin menyerap panjang gelombang seperti itu atau itu pada saat yang tepat bahwa sesuatu memicu perubahan dari 600 nm gelombang menjadi partikel kecil? Siapa yang tahu? Apakah mungkin bahwa elektron (ingat itu adalah partikel gelombang) mengembang untuk mengisi hampir semua atom? Masih akan ada masalah karena atom itu sendiri akan menjadi seribu kali lebih kecil dari panjang gelombang.

Cara cahaya merambat menurut mekanika kuantum juga sama anehnya. Misalnya foton saat sedang merambat dari titik A ke titik B tidak memiliki keberadaan fisik tetapi ada sebagai fungsi gelombang matematika. Bagaimana orang waras mendukung banyak ide seperti itu! Dan apa matematika di baliknya? Matematika melibatkan apa yang disebut bilangan imajiner atau matematika ekstra dimensi yang tidak masuk akal membentuk sudut pandang dunia kita, yang seharusnya berkaitan dengan fisika.

Lihatlah pembentukan gelombang radio. Menurut mekanika kuantum, gelombang radio dibentuk oleh osilasi elektron yang cepat dan getaran ion dalam kisi kristal konduktor. Menempatkan keyakinan pada "Teori Gestalt Aether" saya sendiri, saya mengambil risiko dan memperkirakan bahwa pada jam atom berkas Cesium, meskipun elektron dalam atom sesium berosilasi tepat pada 9192631770 Hz / detik. tidak ada gelombang radio yang terbentuk! Cukup mengintimidasi, meskipun menaruh kepercayaan pada teori saya, saya memperkirakan bahwa meskipun elektron bergetar tepat pada 9192631770 Hz / detik tidak ada radiasi gelombang mikro yang akan dihasilkan. Benar saja ramalan itu terbukti benar, osilasi elektron menghasilkan perubahan keadaan atom dan bukan dalam produksi gelombang mikro !!! Sebuah hasil yang sangat besar dan yang sepenuhnya terbang di hadapan mekanika kuantum dan prediksi serta teorinya. (Tidak diragukan lagi alasan mengapa hal ini sudah terjadi!)

Jadi tidak ada apa-apa tentang mekanika kuantum dan terutama yang berhubungan dengan karya dualitas gelombang-partikel. Bagi mereka yang bersikeras bahwa itu berhasil ………? Apa yang bisa kukatakan?

Quantum Electrodynamics berpendapat bahwa gelombang elektromagnetik merambat dengan cara berikut: Osilasi atau elektron yang bergerak dalam konduktor memancarkan gelombang elektromagnetik (foton) setelah foton dipancarkan, ia mengalami penghancuran spontan yang mengakibatkan terciptanya pasangan elektron / positron. Pasangan elektron positron pada gilirannya menjalani penghancuran timbal balik hampir segera yang menghasilkan dan lihatlah dalam foton baru yang memiliki karakteristik persis dari foton asli. Bahwa teori ini tidak berfungsi sangat jelas sehingga tidak perlu diuraikan. Bagaimana misalnya proses ini menyadari energi dan frekuensi yang terlibat sehingga mampu mereproduksi frekuensi energi yang tepat dan panjang gelombang yang dibutuhkan? Ini bukan hanya sebuah ether tetapi juga super ether! Bagaimana intensitas bervariasi dengan jarak bekerja? Bagaimana energi dipertahankan? Bagaimana dengan gelombang radio? Dan seterusnya? Singkatnya dapat dilihat, dari sudut pandang epistemologis tidak ada banyak alasan atau kenyataan yang terlibat dalam semua ini, mereka hanya beberapa teori tentang tingkat pengetahuan mitos yang telah diletakkan di sana dan didukung oleh matematika yang menggunakan banyak ukuran!

Gestalt Aether Theory berpendapat bahwa semua yang diperlukan adalah model foton realistis untuk menyelesaikan semua perbedaan ini dan untuk menghasilkan teori definitif tunggal yang tidak memiliki jalan ke multi-dimensi atau matematika fudging atau logika dongeng.

Inti dari argumen ini adalah bahwa Fisika Klasik dan mekanika kuantum persis sama jika bagian-bagian mekanika kuantum yang sangat kontroversial diperiksa ulang. Untuk informasi lebih lanjut, buku saya: "Aest Gestalt Aether tentang Sifat Cahaya dan Fenomena Terkait." tersedia di Amazon.


Jawaban 3:

Dalam Klasik, kita memiliki objek, partikel, bidang yang dijelaskan oleh bilangan kontinu yang bervariasi dengan mulus - bilangan real - dan apa pun bisa di mana saja, medan listrik atau medan gravitasi apa pun yang dapat memiliki nilai di tempat mana pun, kapan saja. Konglomerasi partikel dan bidang dapat secara terus menerus mengubah struktur level atom mikroskopisnya.

Dalam Quantum, kita masih memiliki partikel dan bidang, tetapi mereka adalah aspek dari hal yang sama - bidang kuantum. Potongan mendasar materi dan interaksinya, dan perubahan konglomerasi partikel / bidang tersebut, berbeda. Objek panas kehilangan satu foton, dan yang lain, dan yang lain, dengan panjang gelombang yang bervariasi secara acak tetapi tidak pernah terus menurun, hanya dalam langkah-langkah tertentu.

Itu hanya satu perbedaan utama. Yang lain adalah dalam logika dasar dari objek-objek mendasar. Dalam Klasik, Anda hanya memiliki kombinasi 'dan' - sebuah elektron berada di ruang ini * dan * telah berputar * dan * kecepatannya-dan-begitu, dan tepat di sini adalah muon di ruang ini, * dan * putarannya adalah juga naik, * dan * .... begitu seterusnya. Kadang-kadang Anda tidak tahu apakah Anda memiliki satu kombinasi atau yang lain, misalnya jika Anda tahu dua orang berdiri pada skala membaca '200 pound', apakah itu 150lb dewasa + 50lb anak, atau 160lb dewasa + 40lb anak, atau apa. Tapi itu hanya penalaran klasik, menggunakan logika untuk memilah-milah kombinasi kemungkinan sampai Anda tahu Anda benar-benar memiliki, dalam realitas fisik, £ 148 dewasa * dan * £ 52 anak.

Sebaliknya, Quantum memungkinkan, bahkan membutuhkan, kombinasi hal-hal yang berantakan. "Fungsi Gelombang" atau "keadaan" yang merupakan kombinasi linear dalam ruang Hilbert yang menggambarkan, misalnya, spin "naik" elektron di sini * dan * spin "turun" elektron di sana, * plus * (bukan "atau" tetapi "ditambah" ) putaran "turun" di sini dan putaran "naik" di sana. Dan ini bisa dilakukan dua cara - "singlet" atau

Sz=0S_z=0

status eigen dari "triplet". Hmm ... bagaimana itu diterjemahkan ke dalam Klasik? Tidak!

Kami memiliki keterikatan, dan ini bukan hanya ontologi klasik dengan ketidakpastian. Kita dapat menggunakan distribusi probabilitas ketika kita memiliki pengetahuan parsial tentang sistem Klasik. Tetapi dengan sistem Quantum, kita tidak bisa menghilangkan ketidakpastian. Hal-hal tidak hanya diketahui sebagian saja; mereka sebagian nyata. Ini adalah kesimpulan dari beberapa dekade penelitian termasuk Bell's Theorem, Delayed Choice Experiment, dan jauh lebih banyak dibahas dalam semua teks kuantum.


Jawaban 4:

Ini adalah pertanyaan yang bagus, dan Anda mungkin mendapatkan banyak jawaban berbeda. Tetapi mekanika kuantum menunjukkan bahwa segala sesuatu tampaknya bekerja secara drastis berbeda dalam dunia subatomik dari dunia yang lebih kita kenal.

Dalam fisika klasik, Anda dapat menggambarkan semua objek yang relevan dari suatu sistem dengan cara yang agak mekanis. Artinya, tergantung pada sifat sistem, Anda dapat menarik persamaan (seperti hukum Newton, persamaan Maxwell, teori relativitas Einstein) dan menggambarkan bagaimana sistem keseluruhan berperilaku sesuai dengan perilaku berbagai objeknya, yang pada gilirannya tergantung pada persamaan yang relevan.

Namun, semacam wholism mengatur perilaku sistem kuantum yang tidak dapat ditangkap dalam jenis persamaan Anda di mana Anda memasukkan variabel dan secara mekanis mendapatkan hasil Anda. Mekanika kuantum menunjukkan dua fitur, nonlokalitas dan kontekstualitas, dan ini berarti bahwa semua partikel dalam suatu sistem memengaruhi yang lain, dengan cara yang tidak dapat diprediksi dengan sempurna. Dan tentu saja, nonlocality bisa ada di antara dua partikel pada jarak tak terbatas. Hasilnya di sini adalah bahwa fungsi gelombang kuantum ada dalam ruang dimensi tinggi (karena nonlocality dan kontekstualitas) karena banyaknya informasi yang diperlukan untuk menentukan hasil dari sistem.